KR20130135320A - 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키고, 그 정도를 결정 및 제어하기 위한 방법 - Google Patents

워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키고, 그 정도를 결정 및 제어하기 위한 방법 Download PDF

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디미트리 보구스라브스키
발렌틴 셰어핀
콜린 스미스
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셀라 세미컨덕터 엔지니어링 라보라토리스 리미티드
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Abstract

워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키고, 그 정도를 결정 및 제어하기 위한 방법, 장치 및 시스템이 개시된다. 상기 방법은 이온빔을 제공하는 단계와; 그리고 지향되고 다수회 편향된 이온빔을 제공하기 위해, 상기 제공된 이온빔을 지향시키고 적어도 2번 편향시키는 단계를 포함하며, 상기 지향되고 다수회 편향된 이온빔은 워크피스의 표면쪽으로 지향되고, 그 위에 입사되고 충돌하여, 표면을 밀링한다. 상기 장치는 이온빔 소스 어셈블리와; 그리고 지향되고 다수회 편향된 이온빔을 형성하기 위해, 제공되는 이온빔을 지향시키고 적어도 2번 편향시키는 이온빔 지향 및 다수회 편향 어셈블리를 포함하며, 상기 지향되고 다수회 편향된 이온빔은 워크피스의 표면쪽으로 지향되고, 그 위에 입사되고 충돌하여, 워크피스의 표면을 밀링한다.

Description

워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키고, 그 정도를 결정 및 제어하기 위한 방법{DIRECTED MULTI-DEFLECTED ION BEAM MILLING OF A WORK PIECE AND DETERMINING AND CONTROLLING EXTENT THEREOF}
본 발명은 워크피스의 이온빔 밀링에 관한 것으로서, 특히 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키고, 그 정도를 결정 및 제어하기 위한 방법, 장치 및 시스템에 관한 것이다. 일반적으로, 본 발명은 반도체 제조, 미세 분석 테스팅, 물성 물리학(material science), 계측학(metrology), 리소그래피, 미세 기계가공(micro-machinging) 및 나노공정과 같은 다양한 다른 분야에 적용할 수 있다. 본 발명은 일반적으로 다양한 다른 타입의 워크피스들을 이온빔으로 밀링하는 다양한 다른 타입의 응용들에서 실시될 수 있다. 특히, 본 발명은 상기에서 나타낸 예시적인 분야들에서 널리 이용되는 반도체 웨이퍼들 또는 칩들로부터 얻어지는 것들과 같은, 특히 샘플(sample)들 또는 물질(material)들 형태의 다양한 다른 타입의 워크피스들을 준비 또는/그리고 분석하는 다양한 다른 응용들에서 실시될 수 있다.
워크피스(샘플)를 이온빔 밀링(식각)하는 것, 이온빔을 지향시키는 것, 이온빔을 편향시키는 것, 이온빔을 회전시키는 것, 그 이론, 원리 및 실행, 그리고 관련된 응용들 및 그 주체(subject)는 종래에 잘 알려져있고, 교시되어 있으며, 현재 널리 실행되고 있다. 본 발명의 범위, 의미 및 응용 분야(들)을 확립하기 위해, 본 발명을 개시하는 데에 이용되는 용어의 정의 및 예시적인 이용에 대해 다음과 같이 설명한다.
워크피스( Work Piece )
비한정적인 의미로, 본원에서의 워크피스는 일반적으로 반도체 물질들, 세라믹 물질들, 순수한 금속 물질들, 금속 합금 물질들, 중합 물질들, 이들의 혼합물들, 또는 이들로부터 얻어지는 물질들과 같은 다양한 다른 타입의 물질들중 임의의 물질을 말한다.
예를 들어, 반도체 타입의 물질인 워크피스에 있어서, 이러한 워크피스는 전형적으로 (웨이퍼의) 단일 다이, 웨이퍼 세그먼트 또는 전체 웨이퍼로부터 얻어지는 샘플 형태를 갖는다. 대개, 이러한 워크피스(샘플)는, 예를 들어 2005년 2월 3일 출원되었고 그 명칭이 "미세 분석을 위한 샘플 준비(Sample Preparation For Micro-analysis)"이며 본 출원인/양수인에게 양도된 미국 가 특허 출원 제 60/649,080호에 개시된 것과 같은 미세-분석 샘플 준비 기술을 이용하여 미리 준비된다. 미세 분석 샘플 준비 기술을 이용하여 워크피스(샘플)를 미리 준비하는 것은, 1개 이상의 타입의 컷팅(cutting), 클리빙(cleaving), 슬라이싱(slicing) 또는/그리고 폴리싱(polishing) 절차를 이용하여, 워크피스(샘플) 전구체(precursor)의 크기의 적어도 1개의 치수(길이, 폭, 또는/그리고 두께, 깊이 또는 높이)를 감소시키거나 작게 함으로써, 워크피스(샘플) 전구체의 적어도 일부를 "절단" 또는 "분할"하여, 예를 들어 이온빔 밀링과 같은 다른 공정을 받을 준비가 되는 준비된 워크피스(샘플)를 생성하는 것에 기초한다. 이러한 준비된 워크피스(샘플)는 약 10 미크론(micron) 내지 약 50 미크론 범위의 적어도 1개의 치수(길이, 폭, 또는/그리고 두께, 깊이 또는 높이)를 가지며, 약 2 밀리미터 내지 약 3 밀리미터 범위의 다른 치수를 갖는다.
워크피스의 이온빔 밀링
일반적으로, 워크피스의 이온빔 밀링은, 워크피스의 표면에 이온빔이 충돌하고, 이에 의해 표면과 이온빔이 상호작용을 하여 표면으로부터 물질을 제거하고, 그에 따라 워크피스로부터 물질을 제거하는 것을 말한다. 다양한 분야들에서, 포커싱된 이온빔(Focused ion beam; FIB) 밀링 및 브로드 이온빔(Broad ion beam; BIB) 밀링이 워크피스의 이온빔 밀링 기술로서 널리 알려져있고, 교시되어 있으며, 이용되고 있다. 일반적으로, 포커싱된 이온빔(FIB) 밀링은, 액체 갈륨과 같은 액체 금속 소스로부터 비롯되는 고 에너지의 집중되고 적절히 포커싱된 이온빔이 워크피스의 표면에 입사하고 충돌하여 밀링함으로써, 포커싱된 이온빔과 표면의 상호작용에 의해 워크피스의 표면으로부터 물질을 제거하는 것을 말한다. 일반적으로, 브로드 이온빔(BIB) 밀링은, 아르곤 또는 크세논(xenon)과 같은 비활성 가스 소스로부터 비롯되는 보다 적은 에너지의 보다 덜 포커싱된 브로드 이온빔이 워크피스의 표면에 입사하고 충돌하여 밀링함으로써, 브로드 이온빔과 표면의 상호작용에 의해 워크피스의 표면으로부터 물질을 제거하는 것을 말한다.
일반적으로, 워크피스의 표면에 이온빔이 입사하여 충돌하고, 이에 의해 이온빔과 표면이 상호작용하여 그 표면으로부터 '선택적인' 타입의 물질 제거를 일으키는 이온빔 밀링은 이온빔 '식각'으로 고려될 수 있다. 본 발명의 범위 및 환경에 있어서, 본원에서의 이온빔 밀링은 이온빔이 워크피스의 표면에 입사하여 충돌하고, 이에 의해 이온빔과 표면이 상호작용하여 그 표면으로부터 비선택적인 또는 '선택적인' 타입의 물질 제거를 일으키는 것을 말한다.
이온빔을 지향시킨다( Directing an Ion Beam ):
'이온빔을 지향시킨다'는 구(phrase)에 있어서, 용어 '지향시킨다(directing)'는 일반적으로 동의어 용어들인, 안내한다(guiding), 조정한다(regulating), 제어한다(controlling) 및 그와 관련된 다른 문법적인 형태들과 동등하다. 이와 같이, 이온빔을 지향시킨다는 것은 일반적으로 이온빔을 안내하고, 조정하거나, 또는 제어하는 것과 동등하다. 일반적으로, 지향되고, 안내되고, 조정되거나 제어되는 이온빔은, 본원에서 일반적으로 워크피스로서 칭해지는 물체, 실체(entity) 또는 타겟쪽으로, 어떠한 방향, 축, 경로, 또는 궤도로 또는 이러한 방향, 축, 경로 또는 궤도를 따라서, 지향되고, 안내되고, 조정되거나 제어된다. 이렇게 이온빔을 지향시키고, 안내하고, 조정하거나 제어하는 것은, 이온빔 및 관련된 종래의 기술 분야에 잘 알려져있고 교시되어 있으며 이용되고 있는 다양한 다른 타입의 수단에 의해 달성될 수 있다.
이온빔을 편향시킨다( Deflecting an Ion Beam )
'이온빔을 편향시킨다'의 구에서, 용어 '편향시킨다'는 일반적으로 동의어 용어들인, 빗나가게 하다(swerving), 비키게 하다(turning aside), 구부리다(bending) 또는 벗어나게 하다(deviating), 또는 대안적으로는 이들의 각각의 동의어 구들인, 빗나가도록 야기하다, 비키도록 야기하다, 구부리도록 야기하다, 벗어나도록 야기하다, 그리고 이들의 관련된 다른 문법적인 형태들과 동등하다. 따라서, 이온빔을 편향시킨다는 것은 일반적으로 이온빔을 빗나가게 하는 것, 비키게 하는 것, 구부리는 것, 또는 벗어나게 하는 것, 또는 대안적으로는 각각 이온빔을 빗나가도록 야기하고, 비키도록 야기하고, 구부리도록 야기하거나 또는 벗어나도록 야기하고, 또는 대안적으로는 각각 이온빔이 빗나가게 되고, 비키게 되고, 구부리게 되고 또는 벗어나게 되도록 함으로써, 결과적으로 각각 이온빔을 빗나가게 하고, 비키게 하고, 구부리고 또는 벗어나게 하는 것과 동등하다. 일반적으로, 이온빔은 제 1 방향, 경로, 축, 또는 궤도로부터 각각 제 2 방향, 경로, 축, 또는 궤도로 편향되고, 빗나가고, 비키고, 구부리거나 또는 벗어나게 된다. 이온빔을 빗나가게 하고, 비키게 하고, 구부리게 하고 또는 벗어나게 하는 이러한 편향은, 이온빔 및 관련된 종래의 기술 분야에 잘 알려져있고 교시되어 있으며 이용되고 있는 다양한 다른 타입의 수단에 의해 달성될 수 있다.
이온빔을 회전시킨다( Rotating an Ion Beam )
'이온빔을 회전시킨다'의 구에서, 용어 '회전시킨다'는 일반적으로 동의어 용어들인, 축 위에서, 축 주위에서, 또는 축에 대해, 돌리거나 스핀(spin)시킨다, 또는 대안적으로는 각각 동의어 구들인, 축 위에서, 축 주위에서, 또는 축에 대해, 돌게 야기하거나 스핀하도록 야기하다, 그리고 이들의 관련된 다른 문법적인 형태들과 동등하다. 이와같이, 이온빔을 회전시키는 것은 일반적으로, 축 위에서, 축 주위에서, 또는 축에 대해, 이온빔을 돌리거나 스핀시키는 것, 또는 대안적으로는 각각 축 위에서, 축 주위에서, 또는 축에 대해, 이온빔을 돌게 야기하거나 스핀하도록 야기하다, 또는 대안적으로는 각각 축 위에서, 축 주위에서, 또는 축에 대해, 이온빔이 돌게하거나 또는 스핀되게 함으로써, 결과적으로 축 위에서, 축 주위에서, 또는 축에 대해, 이온빔을 각각 돌게하거나 또는 스핀시키는 것과 동등하다.
일반적으로, 이온빔은 축 위에서, 축 주위에서 또는 축에 대해, 회전되고(회전하고), 돌려지고(돌고), 또는 스핀되는(스핀하는) 바, 이러한 축은 이온빔의 축이거나, 또는 보통 이러한 이온빔과 동일한 공간적 도메인 및 시간적 도메인을 공유하는 요소 또는 컴포넌트의 축이다. 또한, 축 위에서의, 축 주위에서의 또는 축에 대한 이온빔의 이러한 회전, 돌림, 또는 스피닝은, 축 위에서, 축 주위에서 또는 축에 대해 이온빔을 각도 있게 변위 시키는 것에 대응하는바, 이러한 축은 이온빔의 축이거나, 또는 보통 이러한 이온빔과 동일한 공간적 도메인 및 시간적 도메인을 공유하는 요소 또는 컴포넌트의 축이다. 축 위에서, 축 주위에서 또는 축에 대해 이와 같이 이온빔을 회전시키고, 돌리거나 스피닝하는 것은 이온빔 및 관련된 종래 기술에서 잘 알려져 있고, 교시되어 있으며, 이용되고 있는 기술들에 의해 달성될 수 있다. 하지만, 예를 들어 축 위에서, 축 주위에서 또는 축에 대해, 이온빔을 발생시키거나 생성하는 장치 또는 어셈블리와 같은 이온빔 소스를 회전시키고, 돌리거나, 또는 스피닝하는 경우에 있어서, 이온빔 소스에 대해 이온빔이 정지(정적인 또는 고정된)되도록 하는 것이 중요하다.
도 1은 샘플 홀더 요소에 의해 받쳐지는 (마스킹 요소를 갖는) 표면, 및 선택되는 특징부(feature)들 및 그 파라미터들을 갖는 반도체 웨이퍼 또는 칩의 일부의 전형적인 미리 준비된 샘플인, 예시적인 워크피스의 투시도를 나타내는 개략도로서, 예를 들어 미세 분석용 샘플 준비의 일부로서, 또는/그리고 샘플 분석의 일부로서, 예를 들어 본 발명을 실시함으로써 이러한 샘플에 대해 이온빔 밀링이 행해진다.
워크피스를 이온빔으로 밀링하기 위해 종래 기술들을 실시하는 것은, 워크피스를 준비 또는/그리고 분석하는 것과 관련된 다음의 4가지의 특징들 또는 양상들: 즉 (1) 워크피스의 한 섹션의 두꺼움(즉, 두께)(thickness) 또는 얇음(thinness), (2) 밀링되는 워크피스 내에 사이트 특정(site specific)의 타겟을 위치시키는 능력, (3) 워크피스 내에서의 사이트 특정의 타겟의 깊이, 및 (4) 밀링되는 표면의 선택비(selectivity)의 제어를 포함한, 워크피스의 밀링되는 표면의 품질을 동시에 그리고 자동으로 달성할 수 없음으로 인해 제한된다.
따라서, 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키고, 그 정도를 결정 및 제어하기 위한 방법, 장치 및 시스템이 필요하고, 이들을 구비하는 것이 매우 유익하다. 반도체 제조, 미세 분석 테스팅, 물성 물리학, 계측학, 리소그래피, 미세 기계가공 및 나노공정과 같은 다양한 다른 분야에서 일반적으로 적용할 수 있는 이러한 발명이 필요하다. 또한, 다양한 다른 타입의 워크피스들을 이온빔 밀링하는 다양한 다른 타입의 응용들에서 일반적으로 실시될 수 있는 이러한 발명이 필요하다. 또한, 상기에서 나타낸 예시적인 분야들에서 널리 이용되는 반도체 웨이퍼들 또는 칩들로부터 얻어지는 것들과 같은, 특히 샘플들 또는 물질들 형태의 다양한 다른 타입의 워크피스들의 준비 또는/그리고 분석하는 다양한 다른 응용들에서 특히 실시될 수 있는 이러한 발명이 필요하다.
본 발명은 워크피스의 이온빔 밀링에 관한 것으로서, 특히 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키고, 그 정도를 결정 및 제어하기 위한 방법, 장치 및 시스템에 관한 것이다. 일반적으로, 본 발명은 반도체 제조, 미세 분석 테스팅, 물성 물리학, 계측학, 리소그래피, 미세 기계가공 및 나노공정과 같은 다양한 다른 분야에 적용할 수 있다. 본 발명은 일반적으로 다양한 다른 타입의 워크피스들을 이온빔 밀링하는 다양한 다른 타입의 응용들에서 실시될 수 있다. 특히, 본 발명은 상기에서 나타낸 예시적인 분야들에서 널리 이용되는 반도체 웨이퍼들 또는 칩들로부터 얻어지는 것들과 같은, 특히 샘플들 또는 물질들 형태의 다양한 다른 타입의 워크피스들을 준비 또는/그리고 분석하는 다양한 다른 응용들에서 실시될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따르면, 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키는 방법이 제공되는바, 이 방법은: 이온빔을 제공하는 단계와; 그리고 지향되고 다수회 편향된 이온빔(directed multi-deflected ion beam)을 제공하기 위해, 상기 제공된 이온빔을 지향시키고 적어도 2번 편향시키는 단계를 포함하며, 상기 지향되고 다수회 편향된 이온빔은 상기 워크피스의 표면쪽으로 지향되고, 그 위에 입사되고 충돌하여, 밀링한다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 제공되는 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키는 방법이 제공되는바, 이 방법은: 지향되고 다수회 편향된 이온빔을 형성하기 위해, 상기 제공된 이온빔을 지향시키고 적어도 2번 편향시키는 단계를 포함하고, 여기서 상기 제공된 이온빔을 지향시키고 적어도 2번 편향시키는 단계는, 상기 제공된 이온빔을 편향시켜 지향시킴으로써, 지향되는 1번 편향된 이온빔을 형성하고, 상기 지향되는 1번 편향된 이온빔을 편향시켜 지향시킴으로써, 지향되는 2번 편향된 이온빔을 형성하는 것을 포함하며, 상기 지향되는 2번 편향된 이온빔은 상기 지향되고 다수회 편향된 이온빔의 하나의 타입이다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키기 위한 장치가 제공되는바, 이 장치는: 이온빔을 제공하기 위한 이온빔 소스 어셈블리와; 그리고 지향되고 다수회 편향된 이온빔을 형성하기 위해, 상기 제공된 이온빔을 지향시키고 적어도 2번 편향시키는 이온빔 지향 및 다수회 편향 어셈블리(ion beam directing and multi-deflecting assembly)를 포함하며, 상기 지향되고 다수회 편향된 이온빔은 상기 워크피스의 표면쪽으로 지향되고, 그 위에 입사되고 충돌하여, 밀링한다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 제공되는 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키기 위한 장치가 제공되는바, 이 장치는: 지향되고 다수회 편향된 이온빔을 형성하기 위해, 상기 제공된 이온빔을 지향시키고 적어도 2번 편향시키는 이온빔 지향 및 다수회 편향 어셈블리를 포함하며, 상기 이온빔 지향 및 다수회 편향 어셈블리는, 지향되는 1번 편향된 이온빔을 형성하기 위해, 상기 제공된 이온빔을 편향시켜 지향시키는 제 1 이온빔 편향 어셈블리와; 그리고 상기 지향되고 다수회 편향된 이온빔의 하나의 타입인 지향되는 2번 편향된 이온빔을 형성하기 위해, 상기 지향되는 1번 편향된 이온빔을 편향시켜 지향시키는 제 2 이온빔 편향 어셈블리를 포함한다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키기 위한 시스템이 제공되는바, 이 시스템은: 이온빔 유닛 및 진공 유닛을 포함하며, 상기 이온빔 유닛은 이온빔을 제공하기 위한 이온빔 소스 어셈블리와; 그리고 지향되고 다수회 편향된 이온빔을 형성하기 위해, 상기 제공된 이온빔을 지향시키고 적어도 2번 편향시키는 이온빔 지향 및 다수회 편향 어셈블리를 포함하며, 상기 지향되고 다수회 편향된 이온빔은 상기 워크피스의 표면쪽으로 지향되고, 그 위에 입사되고 충돌하여, 밀링하며; 그리고 상기 진공 유닛은 상기 이온빔 유닛에 동작가능하게 결합되어, 상기 워크피스 및 상기 이온빔 유닛에 대한 진공 환경을 제공 및 유지하고, 상기 진공 유닛은 상기 워크피스를 포함한다.
하기 설명되는 본 발명의 바람직한 실시예들에서의 추가적인 특징들에 따르면, 상기 시스템은, 상기 이온빔 유닛 및 상기 진공 유닛에 동작가능하게 결합되어, 상기 이온빔 유닛 및 상기 진공 유닛에 전자공학 장치(electronics)를 제공하고 그 공정(process) 제어를 가능하게 하는 전자공학 및 공정 제어 유틸리티들(electronics and process control utilities)을 더 포함한다.
하기 설명되는 본 발명의 바람직한 실시예들에서의 추가적인 특징들에 따르면, 상기 시스템은 워크피스 이미징 및 밀링 검출 유닛, 워크피스 조작 및 위치결정 유닛, 진동 방지 유닛(anti-vibration unit), 컴포넌트 이미징 유닛 및 적어도 1개의 워크피스 분석 유닛으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 적어도 1개의 부가 유닛을 더 포함하고, 상기 각각의 부가 유닛은 상기 진공 유닛에 동작가능하게 결합된다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 제공되는 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키기 위한 시스템이 제공되는바, 이 시스템은: 이온빔 유닛 및 진공 유닛을 포함하고, 상기 이온빔 유닛은 지향되고 다수회 편향된 이온빔을 형성하기 위해, 상기 제공된 이온빔을 지향시키고 적어도 2번 편향시키는 이온빔 지향 및 다수회 편향 어셈블리를 포함하고, 상기 이온빔 지향 및 다수회 편향 어셈블리는, 지향되는 1번 편향된 이온빔을 형성하기 위해, 상기 제공된 이온빔을 편향시켜 지향시키는 제 1 이온빔 편향 어셈블리와, 그리고 상기 다수회 편향된 이온빔의 하나의 타입인 지향되는 2번 편향된 이온빔을 형성하기 위해, 상기 지향되는 1번 편향된 이온빔을 편향시켜 지향시키는 제 2 이온빔 편향 어셈블리를 포함하며, 그리고 상기 진공 유닛은 상기 이온빔 유닛에 동작가능하게 결합되어, 상기 이온빔 유닛에 대한 진공 환경을 제공하고 유지한다.
하기 설명되는 본 발명의 바람직한 실시예들에서의 추가적인 특징들에 따르면, 상기 시스템은, 상기 이온빔 유닛 및 상기 진공 유닛에 동작가능하게 결합되어, 상기 이온빔 유닛 및 상기 진공 유닛에 전자공학 장치를 제공하고 그 공정 제어를 가능하게 하는 전자공학 및 공정 제어 유틸리티들을 더 포함한다.
하기 설명되는 본 발명의 바람직한 실시예들에서의 추가적인 특징들에 따르면, 상기 시스템은 워크피스 이미징 및 밀링 검출 유닛, 워크피스 조작 및 위치결정 유닛, 진동 방지 유닛, 컴포넌트 이미징 유닛 및 적어도 1개의 워크피스 분석 유닛으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 적어도 1개의 부가 유닛을 더 포함하고, 상기 각각의 부가 유닛은 상기 진공 유닛에 동작가능하게 결합된다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 워크피스의 이온빔 밀링의 정도를 결정 및 제어하기 위한 방법이 제공되는바, 이 방법은: 상기 워크피스의 두께, 상기 워크피스 내의 타겟의 깊이 및 상기 워크피스의 적어도 1개의 표면의 토포그라피(topography)로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 상기 워크피스의 적어도 1개의 파라미터의 사전결정된 값들의 세트를 제공하는 단계와; 다음의 주요 단계들, 컴포넌트들 및 기능들: 이온빔을 제공하는 단계와; 그리고 지향되고 다수회 편향된 이온빔을 제공하기 위해, 상기 제공된 이온빔을 지향시키고 적어도 2번 편향시키는 단계를 포함하는, 상기 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키는 방법을 이용하여, 상기 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키는 것을 수행하는 단계와, 여기서 상기 지향되고 다수회 편향된 이온빔은 상기 워크피스의 표면쪽으로 지향되고, 그 위에 입사되고 충돌하여 밀링하며; 상기 적어도 1개의 파라미터의 측정값들의 세트를 형성하기 위해, 상기 워크피스의 상기 적어도 1개의 파라미터를 인사이츄(in-situ)로 실시간 측정하는 단계와; 상기 측정된 값들의 세트와 상기 제공된 사전결정된 값들의 세트를 비교하여, 이러한 비교와 관련된 차이값들의 세트를 형성하는 단계와; 그리고 상기 차이값들이 사전결정된 범위 내에 있을 때 까지, 상기 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키는 것을 계속해서 수행하기 위해, 상기 차이값들의 세트를 피드백하는 단계를 포함한다.
상기 설명되는 본 발명의 바람직한 실시예들에서의 추가적인 특징들에 따르면, 상기 워크피스의 상기 적어도 1개의 표면의 선택비의 정도는 상기 워크피스의 사전 결정된 파라미터들중 하나인 토포그라피에 대응한다.
본 발명은, 수동, 반자동, 완전 자동 및 그 결합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 방식으로, 시스템 유닛들, 시스템 서브 유닛들, 장치들, 어셈블리들, 서브 어셈블리들, 메커니즘들, 구조들, 컴포넌트들, 요소들, 주변 장비, 유틸리티들, 부속품들 및 물질들의 이용 및 동작을 수반하는, 절차들, 단계들 및 하위 단계들을 수행함으로써 실시된다. 또한, 개시된 발명의 특정 실시예들을 실시하는 데에 이용되는, 실제 절차들, 단계들, 하위 단계들, 시스템 유닛들, 시스템 서브 유닛들, 장치들, 어셈블리들, 서브 어셈블리들, 메커니즘들, 구조들, 컴포넌트들, 요소들, 주변 장비, 유틸리티들, 부속품들 및 물질들에 따르면, 상기 절차들, 단계들 및 하위 단계들은 하드웨어, 소프트웨어, 또는/그리고 이들의 통합된 결합을 이용하여 수행되고, 상기 시스템 유닛들, 시스템 서브 유닛들, 장치들, 어셈블리들, 서브 어셈블리들, 메커니즘들, 구조들, 컴포넌트들, 요소들, 주변 장비, 유틸리티들, 부속품들 및 물질들은 하드웨어, 소프트웨어, 또는/그리고 이들의 통합된 결합을 이용하여 수행된다.
특히, 본 발명을 실시하는 데에 이용되는 소프트웨어는, 소프트웨어 프로그램들, 소프트웨어 루틴들, 소프트웨어 서브 루틴들, 소프트웨어 심볼 언어들, 소프트웨어 코드, 소프트웨어 명령들 또는 프로토콜들, 소프트웨어 알고리즘들, 또는/그리고 그 결합 형태의 동작가능하게 결합되어 기능하는 기록된 또는 프린트된 데이터를 포함한다. 본 발명을 실시하는 데에 이용되는 하드웨어는 동작가능하게 결합되어 기능하는 전기적, 전자적, 자기적, 전자기적, 전기 기계적 그리고 광학적인 시스템 유닛들, 시스템 서브 유닛들, 장치들, 어셈블리들, 서브 어셈블리들, 메커니즘들, 구조들, 컴포넌트들, 요소들, 주변 장비, 유틸리티들, 부속품들 및 물질들을 포함하는바, 이들은 디지털 또는/그리고 아날로그 동작들을 수반하는, 1개 이상의 컴퓨터 칩들, 집적 회로들, 전자 회로들, 전자 서브 회로들, 하드웨어 내장(hard-wired)의 전기 회로들, 또는/그리고 그 결합들을 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명은 방금 설명한 소프트웨어 및 하드웨어의 통합된 결합을 이용하여 실시된다.
이제, 본 발명은 첨부 도면들을 참조하여 단지 예시적으로 설명된다. 강조될 사항으로서, 도면들에 대해 특정하게 상세히 참조하는 것과 관련하여, 나타낸 특정의 사항들은 단지 예시적인 것으로서, 단지 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 원리들 및 개념적인 양상들을 가장 유용하고 쉽게 이해할 수 있게 하는 것으로 여겨지는 것을 제공하기 위해 제시된 것이다. 이러한 점에서, 본 발명을 기본적으로 이해하는 데에 필요한 것 이외에는 본 발명의 구조적인 세부 사항들을 보다 상세히 나타내고자 하지 않았으며, 도면들을 참조하여 이루어지는 설명에 의해, 본 발명의 몇 가지의 형태가 실제로 어떻게 수행되는 지가 당업자에게 명백해질 것이다.
도 1은 샘플 홀더 요소에 의해 받쳐지는 (마스킹 요소를 갖는) 표면, 및 선택된 특징부들 및 그 파라미터들을 갖는 반도체 웨이퍼 또는 칩의 일부의 전형적인 미리 준비된 샘플인, 예시적인 워크피스의 투시도를 나타내는 개략도로서, 예를 들어 미세 분석용 샘플 준비의 일부로서, 또는/그리고 샘플 분석의 일부로서, 예를 들어 본 발명을 실시함으로써 이러한 샘플에 대해 이온빔 밀링이 행해진다.
도 2는, 본 발명에 따른, 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키고, 그 정도를 결정 및 제어하는 예시적인 바람직한 실시예의 측면도를 나타내는 개략도로서, 특히 진공 유닛의 진공 챔버 어셈블리와 워크피스 이미징 및 밀링 검출 유닛과 관련하여 이온빔 유닛을 나타내는바, 이러한 모든 것들은 워크피스 및 그 표면과 관련된다.
도 3은, 본 발명에 따른, 도 2에 도시한 예시적인 바람직한 실시예의 측면도를 보다 상세하게 나타내는 개략도로서, 특히 이온빔 유닛이 이온빔을 2번 편향시키기 위한 이온빔 지향 및 다수회 편향 어셈블리를 포함하는 장치의 예시적인 특정의 바람직한 실시예를 나타내고, 워크피스 이미징 및 밀링 검출 유닛의 예시적인 특정의 바람직한 실시예를 나타낸다.
도 4는, 본 발명에 따른, 도 2 및 3에 도시된 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향하고, 그 정도를 결정 및 제어하는 것의 측면도를 나타내는 개략도로서, 특히 장치의 컴포넌트 레벨 버전의 측면도를 보다 상세하게 보여주는바, 여기서 이온빔 유닛은 이온빔을 2번 편향시키도록 구성되어 이러한 기능을 하는 이온빔 지향 및 다수회 편향 어셈블리를 포함한다.
도 5는, 본 발명에 따른, 도 2, 3 및 4에 도시된 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키는 것의 투시도를 나타내는 개략도로서, 특히 이온빔을 2번 편향시키도록 구성되어 이러한 기능을 하는, 이온빔 유닛의 이온빔 지향 및 다수회 편향 어셈블리에 포함되는 제 1 이온빔 편향 어셈블리 및 제 2 이온빔 편향 어셈블리 각각의 예시적인 특정의 바람직한 실시예를 나타낸다.
도 6a 내지 6e는, 본 발명에 따른, 세로축 주위로 0o 내지 360o 범위로 회전하고, 워크피스의 표면쪽으로 지향되고, 그 위로 입사되어 충돌하고, 밀링하는, 다수회 편향되어 지향되는 이온빔중에서 지향되는 2회 편향된 이온빔 형태에 해당하는, 제 1 이온빔 편향 어셈블리 및 제 2 이온빔 편향 어셈블리에 의해 워크피스와 동축의 임의로 할당되는 세로축에 대해 지향되고 다수회 편향되는 이온빔의 회전 (각도) 시퀀스의 투시도를 나타내는 개략도들이다.
도 7a는, 본 발명에 따른, (일반적으로 직사각형 슬래브(slab) 형상의) 제 1 타입의 예시적인 워크피스의 표면쪽으로 지향되고, 그 위에 입사하고 충돌하여, 밀링하는 다수회 편향(2번 또는 3번 편향)되어 지향되는 이온빔을 클로즈업한 투시도를 나타내는 개략도로서, 특히 이온빔, 표면 및 워크피스의 상대적인 지오미트리(geometry) 및 치수를 보여준다.
도 7b는, 본 발명에 따른, (예를 들어 도 1에 나타낸 것과 유사한, (마스크 요소)를 갖는 표면이 샘플 홀더 요소에 의해 받쳐지는 반도체 웨이퍼 또는 칩의 일부의 전형적인 샘플의) 제 2 타입의 예시적인 워크피스의 표면쪽으로 지향되고, 그 위에 입사하고 충돌하여, 밀링하는 다수회 편향(2번 또는 3번 편향)되어 지향되는 이온빔을 클로즈업한 투시도를 나타내는 개략도로서, 특히 이온빔, 표면 및 워크피스의 상대적인 지오미트리 및 치수를 보여준다.
도 8은, 본 발명에 따른, 도 2에 도시된 예시적인 바람직한 실시예의 보다 상세화된 측면도를 나타내는 개략도로서, 특히 이온빔을 3번 편향시키기 위한 이온빔 지향 및 다수회 편향 어셈블리를 포함하는 이온빔 유닛의 예시적인 특정의 바람직한 실시예를 나타내고, 워크피스 이미징 및 밀링 검출 유닛의 예시적인 특정의 바람직한 실시예를 나타낸다.
도 9는, 본 발명에 따른, 도 2 및 8에 도시된 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향하고, 그 정도를 결정 및 제어하는 것의 측면도를 나타내는 개략도로서, 특히 이온빔을 3번 편향시키도록 구성되어 이러한 기능을 하는 이온빔 지향 및 다수회 편향 어셈블리를 포함하는 이온빔 유닛의 보다 상세화된 컴포넌트 레벨의 측면도를 나타낸다.
도 10은, 본 발명에 따른, 도 2, 8 및 9에 도시된 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키는 것의 투시도를 나타내는 개략도로서, 특히 이온빔을 3번 편향시키도록 구성되어 이러한 기능을 하는, 이온빔 유닛의 이온빔 지향 및 다수회 편향 어셈블리에 포함되는 제 1 이온빔 편향 어셈블리, 제 2 이온빔 편향 어셈블리 및 제 3 이온빔 편향 어셈블리 각각의 예시적인 특정의 바람직한 실시예를 나타낸다.
도 11은, 본 발명에 따른, 이온빔 유닛 및 진공 유닛을 포함하는, 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키기 위한 시스템의 예시적인 바람직한 실시예, 및 워크피스 이미징 및 밀링 검출 유닛, 워크피스 조작 및 위치결정 유닛, 진동 방지 유닛, 컴포넌트 이미징 유닛 및 적어도 1개의 워크피스 분석 유닛으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 적어도 1개의 부가 유닛을 추가적으로 포함하는 가능한 많은 특정의 예시적인 바람직한 실시예들을 나타낸다.
도 12는, 본 발명에 따른, 도 11에 나타낸, 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키기 위한 시스템 및 그 부가 유닛들의 투시도를 나타내는 (아이소메트릭) 개략도이다.
도 13은, 본 발명에 따른, 도 11 및 12에 도시된 시스템의 평면도를 나타내는 (아이소메트릭) 개략도이다.
도 14는, 본 발명에 따른, 도 12 및 13에 도시된 시스템의 일부로서, 이온빔 유닛, 워크피스 조작 및 위치결정 유닛, 컴포넌트 이미징 유닛과 관련하여, 워크피스 이미징 및 밀링 검출 유닛 및 그 주요 컴포넌트들의 예시적인 특정의 바람직한 실시예의 투시도를 나타내는 (아이소메트릭) 개략도를 나타내는바, 이러한 모든 구성 요소들은 워크피스와 관련된다.
도 15는, 본 발명에 따른, 도 12 및 13에 도시된 시스템의 일부로서, 워크피스 조작 및 위치결정 유닛, 및 그 주요 컴포넌트들의 예시적인 특정의 바람직한 실시예의 투시도를 나타내는 (아이소메트릭) 개략도로서, 특히 (a) 워크피스가 없는 그리고 (b) 워크피스가 있는 워크피스 홀더 어셈블리를 클로즈업하여 나타낸다.
도 16은, 본 발명에 따른, 워크피스의 이온빔 밀링의 정도를 결정 및 제어하기 위해, 도 14에 도시된 워크피스와 관련하여 도 11, 12 및 13에 도시된 시스템의 일부로서, 이온빔 유닛, 워크피스 조작 및 위치결정 유닛과 함께, 워크피스 이미징 및 밀링 검출 유닛, 및 그 주요 컴포넌트들의 예시적인 특정의 바람직한 실시예를 이용하는 결합된 단면도(윗쪽 a) 및 평면도(아랫쪽 b)를 나타내는 개략도이다.
도 17a 및 17b는, 본 발명에 따른, 도 14 및 16에 도시된 워크피스 이미징 및 밀링 검출 유닛에 포함되는 전송 전자 검출기 어셈블리(transmitted electron detector assembly)를 이용하여, 워크피스의 이온빔 밀링의 정도를 결정 및 제어하는 것의 일부로서, 밀링되는 워크피스 내의 타겟의 깊이를 결정하는 단면도를 나타내는 개략도이다.
본 발명은 워크피스의 이온빔 밀링에 관한 것으로서, 특히 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키고, 그 정도를 결정 및 제어하기 위한 방법, 장치 및 시스템에 관한 것이다. 일반적으로, 본 발명은 반도체 제조, 미세 분석 테스팅, 물성 물리학, 계측학, 리소그래피, 미세 기계가공, 및 나노공정과 같은 다양한 다른 분야에 적용할 수 있다. 본 발명은 일반적으로 다양한 다른 타입의 워크피스들을 이온빔 밀링하는 다양한 다른 타입의 응용들에서 실시될 수 있다. 특히, 본 발명은 상기에서 나타낸 예시적인 분야들에서 널리 이용되는 반도체 웨이퍼들 또는 칩들로부터 얻어지는 것들과 같은, 특히 샘플들 또는 물질들 형태의 다양한 다른 타입의 워크피스들을 준비 또는/그리고 분석하는 다양한 다른 응용들에서 실시될 수 있다.
본 발명의 주요 양상은, 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키는 방법을 제공하는 것으로서, 이 방법은 하기의 주요 단계들, 컴포넌트들 및 그 기능들: 즉, 이온빔을 제공하는 단계와; 그리고 지향되고 다수회 편향된 이온빔을 제공하기 위해, 상기 제공된 이온빔을 지향시키고 적어도 2번 편향시키는 단계를 포함하고, 상기 지향되고 다수회 편향된 이온빔은 상기 워크피스의 표면쪽으로 지향되고, 그 위에 입사되고 충돌하여, 밀링한다.
본 발명의 다른 주요 양상은, 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키는 방법의 하위 결합(sub-combination)으로서, 이에 의해, 제공되는 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키는 방법을 제공하는바, 이 방법은 하기의 주요 단계들, 컴포넌트들 및 그 기능들: 즉, 지향되고 다수회 편향된 이온빔을 형성하기 위해, 상기 제공된 이온빔을 지향시키고 적어도 2번 편향시키는 단계를 포함하고, 여기서 상기 제공된 이온빔을 지향시키고 적어도 2번 편향시키는 단계는, 상기 제공된 이온빔을 편향시켜 지향시킴으로써, 지향되는 1번 편향된 이온빔을 형성하고, 상기 지향되는 1번 편향된 이온빔을 편향시켜 지향시킴으로써, 지향되는 2번 편향된 이온빔을 형성하는 것을 포함하며, 상기 지향되는 2번 편향된 이온빔은 상기 지향되고 다수회 편향된 이온빔의 하나의 타입이다.
본 발명의 다른 주요 양상은, 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키기 위한 장치를 제공하는 것으로서, 이 장치는 하기의 주요 컴포넌트들 및 그 기능들: 이온빔을 제공하기 위한 이온빔 소스 어셈블리와; 그리고 지향되고 다수회 편향된 이온빔을 형성하기 위해, 상기 제공된 이온빔을 지향시키고 적어도 2번 편향시키는 이온빔 지향 및 다수회 편향 어셈블리를 포함하며, 상기 지향되고 다수회 편향된 이온빔은 상기 워크피스의 표면쪽으로 지향되고, 그 위에 입사되고 충돌하여, 밀링한다.
본 발명의 다른 주요 양상은, 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키기 위한 장치의 하위 결합으로서, 이에 의해, 제공되는 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키기 위한 장치가 제공되는바, 이 장치는: 지향되고 다수회 편향된 이온빔을 형성하기 위해, 상기 제공된 이온빔을 지향시키고 적어도 2번 편향시키는 이온빔 지향 및 다수회 편향 어셈블리를 포함하며, 상기 이온빔 지향 및 다수회 편향 어셈블리는, 지향되는 1번 편향된 이온빔을 형성하기 위해, 상기 제공된 이온빔을 편향시켜 지향시키는 제 1 이온빔 편향 어셈블리와; 그리고 상기 지향되고 다수회 편향된 이온빔의 하나의 타입인 지향되는 2번 편향된 이온빔을 형성하기 위해, 상기 지향되는 1번 편향된 이온빔을 편향시켜 지향시키는 제 2 이온빔 편향 어셈블리를 포함한다.
본 발명의 다른 주요 양상은, 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키기 위한 시스템을 제공하는 것으로서, 이 시스템은 하기의 주요 컴포넌트들 및 그 기능들: 이온빔 유닛 및 진공 유닛을 포함하며, 상기 이온빔 유닛은 이온빔을 제공하기 위한 이온빔 소스 어셈블리와; 그리고 지향되고 다수회 편향된 이온빔을 형성하기 위해, 상기 제공된 이온빔을 지향시키고 적어도 2번 편향시키는 이온빔 지향 및 다수회 편향 어셈블리를 포함하며, 상기 지향되고 다수회 편향된 이온빔은 상기 워크피스의 표면쪽으로 지향되고, 그 위에 입사되고 충돌하여, 밀링하며; 그리고 상기 진공 유닛은 상기 이온빔 유닛에 동작가능하게 결합되어, 상기 워크피스 및 상기 이온빔 유닛에 대한 진공 환경을 제공 및 유지한다. 바람직하게는, 상기 진공 유닛은 상기 워크피스를 포함한다.
바람직하게는, 상기 시스템은, 상기 이온빔 유닛 및 상기 진공 유닛에 동작가능하게 결합되어, 상기 이온빔 유닛 및 상기 진공 유닛에 전자공학 장치를 제공하고 그 공정 제어를 가능하게 하는 전자공학 및 공정 제어 유틸리티들을 더 포함한다. 선택적으로, 그리고 바람직하게는, 상기 시스템은 워크피스 이미징 및 밀링 검출 유닛, 워크피스 조작 및 위치결정 유닛, 진동 방지 유닛, 컴포넌트 이미징 유닛 및 적어도 1개의 워크피스 분석 유닛으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 적어도 1개의 부가 유닛을 더 포함하고, 상기 각각의 부가 유닛은 상기 진공 유닛에 동작가능하게 결합된다. 바람직하게는, 상기 전자공학 및 공정 제어 유틸리티들은 각각의 부가 유닛에도 동작가능하게 결합되어, 이온빔 유닛 및 진공 유닛과 동작가능하게 통합되는 방식으로, 각각의 부가 유닛에 전자공학 장치를 제공하고 그 공정 제어를 가능하게 한다.
본 발명의 다른 주요 양상은, 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키기 위한 시스템의 하위 결합을 제공하는 것으로서, 이에 의해, 제공되는 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키기 위한 시스템을 제공하는바, 이 시스템은 하기의 주요 컴포넌트들 및 그 기능들: 이온빔 유닛 및 진공 유닛을 포함하고, 상기 이온빔 유닛은 지향되고 다수회 편향된 이온빔을 형성하기 위해, 상기 제공된 이온빔을 지향시키고 적어도 2번 편향시키는 이온빔 지향 및 다수회 편향 어셈블리를 포함하고, 상기 이온빔 지향 및 다수회 편향 어셈블리는, 지향되는 1번 편향된 이온빔을 형성하기 위해, 상기 제공된 이온빔을 편향시켜 지향시키는 제 1 이온빔 편향 어셈블리와, 그리고 상기 다수회 편향된 이온빔의 하나의 타입인 지향되는 2번 편향된 이온빔을 형성하기 위해, 상기 지향되는 1번 편향된 이온빔을 편향시켜 지향시키는 제 2 이온빔 편향 어셈블리를 포함하며, 그리고 상기 진공 유닛은 상기 이온빔 유닛에 동작가능하게 결합되어, 상기 이온빔 유닛에 대한 진공 환경을 제공하고 유지한다.
바람직하게는, 상기 시스템은, 상기 이온빔 유닛 및 상기 진공 유닛에 동작가능하게 결합되어, 상기 이온빔 유닛 및 상기 진공 유닛에 전자공학 장치를 제공하고 그 공정 제어를 가능하게 하는 전자공학 및 공정 제어 유틸리티들을 더 포함한다. 선택적으로, 그리고 바람직하게는, 상기 시스템은 워크피스 이미징 및 밀링 검출 유닛, 워크피스 조작 및 위치결정 유닛, 진동 방지 유닛, 컴포넌트 이미징 유닛 및 적어도 1개의 워크피스 분석 유닛으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 적어도 1개의 부가 유닛을 더 포함하고, 상기 각각의 부가 유닛은 상기 진공 유닛에 동작가능하게 결합된다. 바람직하게는, 상기 전자공학 및 공정 제어 유틸리티들은 각각의 부가 유닛에도 동작가능하게 결합되어, 이온빔 유닛 및 진공 유닛과 동작가능하게 통합되는 방식으로, 각각의 부가 유닛에 전자공학 장치를 제공하고 그 공정 제어를 가능하게 한다.
본 발명의 다른 주요 양상은 워크피스의 이온빔 밀링의 정도를 결정 및 제어하기 위한 방법을 제공하는 것으로서, 이 방법은 하기의 주요 단계들, 컴포넌트들 및 그 기능들: 상기 워크피스의 두께, 상기 워크피스 내의 타겟의 깊이 및 상기 워크피스의 적어도 1개의 표면의 토포그라피로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 상기 워크피스의 적어도 1개의 파라미터의 사전결정된 값들의 세트를 제공하는 단계와; 다음의 주요 단계들, 컴포넌트들 및 기능들: 이온빔을 제공하는 단계와; 그리고 지향되고 다수회 편향된 이온빔을 제공하기 위해, 상기 제공된 이온빔을 지향시키고 적어도 2번 편향시키는 단계를 포함하는, 상기 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키는 방법을 이용하여, 상기 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키는 것을 수행하는 단계와, 여기서 상기 지향되고 다수회 편향된 이온빔은 상기 워크피스의 표면쪽으로 지향되고, 그 위에 입사되고 충돌하여 밀링하며; 상기 적어도 1개의 파라미터의 측정값들의 세트를 형성하기 위해, 상기 워크피스의 상기 적어도 1개의 파라미터를 인사이츄로 실시간 측정하는 단계와; 상기 측정된 값들의 세트와 상기 제공된 사전결정된 값들의 세트를 비교하여, 이러한 비교와 관련된 차이값들의 세트를 형성하는 단계와; 그리고 상기 차이값들이 사전결정된 범위 내에 있을 때 까지, 상기 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키는 것을 계속해서 수행하기 위해, 상기 차이값들의 세트를 피드백하는 단계를 포함한다.
이러한 방법에 있어서, 상기 워크피스의 상기 적어도 1개의 표면의 선택비의 정도는 상기 워크피스의 사전 결정된 파라미터들중 하나인 토포그라피에 대응한다.
따라서, 본 발명은 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키고, 그 정도를 결정 및 제어하기 위한 유일한 방법, 장치, 시스템 및 그 하위 결합에 기초한다.
이해될 사항으로서, 본원에서 달리 특정하지 않는 한, 본 발명은 그 응용에 있어서, 하기의 예시적인 설명 및 첨부 도면들에서 설명되는, 절차들의 순서 또는 차례, 그리고 횟수, 동작 또는 실시의 단계들 및 하위 단계들의 상세 사항들, 또는 시스템 유닛들, 서브 유닛들, 장치들, 어셈블리들, 서브 어셈블리들, 메커니즘들, 구조들, 컴포넌트들, 요소들, 주변 장비, 유틸리티들, 부속품들 및 물질들의 타입, 조성, 구성, 배열, 순서 및 수에 대한 상세 사항들에 한정되지 않는다. 본 발명은 다른 실시예들을 가질 수 있으며, 다양한 방법으로 실행 또는 실시될 수 있다. 비록 본원에서 예시적으로 설명되는 것들과 유사하거나 등가인, 절차들, 단계들, 하위 단계들, 및 시스템 유닛들, 서브 유닛들, 장치들, 어셈블리들, 서브 어셈블리들, 메커니즘들, 구조들, 컴포넌트들, 요소들, 주변 장비, 유틸리티들, 부속품들 및 물질들이 본 발명을 실행하거나 테스트하는 데에 이용될 수 있기는 하지만, 본원에서는 적절한 절차들, 단계들, 하위 단계들, 및 시스템 유닛들, 서브 유닛들, 장치들, 어셈블리들, 서브 어셈블리들, 메커니즘들, 구조들, 컴포넌트들, 요소들, 주변 장비, 유틸리티들, 부속품들 및 물질들에 대해 예시적으로 설명한다.
또한, 이해될 사항으로서, 본 개시에 전체적으로 이용되는 모든 기술적인 그리고 과학적인 단어들, 용어들, 또는/그리고 구(phrase)들은 본원에서 달리 명확하게 정의하거나 설명하지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 또는 유사한 의미를 갖는다. 본 개시에 전체적으로 이용되는 표현(phraseology), 용어 및 표시법(notation)은 설명을 위한 것인 바, 제한적인 것으로 여겨져서는 안된다. 반드시 이해될 사항으로서, 달리 특정하지 않는 한, '동작가능하게 결합된(operatively connected)'의 구는 본원에서 일반적으로 이용되고, 대응하는 동의어 구인, '동작가능하게 연결된(operatively joined)' 및 '동작가능하게 부착된(operatively attached)'과 동등하며, 동작가능한 결합, 동작가능한 연결, 또는 동작가능한 부착은, 다양한 타입 및 종류의 하드웨어 또는/그리고 소프트웨어 장비 및 컴포넌트들을 수반하는, 물리적, 또는/그리고 전기적, 또는/그리고 전자적, 또는/그리고 기계적, 또는/그리고 전자 기계적인 방식 또는 특성을 따른다. 또한, 상기 배경 기술 부분에서 소개되고, 정의되고, 설명되고, 또는/그리고 예시된 모든 기술적인 그리고 과학적인 단어들, 용어들, 또는/그리고 구들은 본 발명의 바람직한 실시예들의 예시적인 설명, 예들, 그리고 첨부된 청구항들에서 동등하게 또는 유사하게 적용될 수 있다.
특히, 구 '워크피스'에 대하여, 본 발명의 범위 및 환경에 있어서, 비한정적인 의미로, 본원에서의 워크피스는 일반적으로 반도체 물질들, 세라믹 물질들, 순수한 금속 물질들, 금속 합금 물질들, 중합 물질들, 이들의 혼합물들, 또는 이들로부터 얻어지는 물질들과 같은 다양한 다른 타입의 물질들중 임의의 물질을 말한다.
예를 들어, 반도체 타입의 물질인 워크피스에 있어서, 이러한 워크피스는 전형적으로 (웨이퍼의) 단일 다이, 웨이퍼 세그먼트 또는 전체 웨이퍼로부터 얻어지는 샘플 형태를 갖는다. 대개, 이러한 워크피스(샘플)는, 예를 들어 2005년 2월 3일 출원되었고 그 명칭이 "미세 분석을 위한 샘플 준비(Sample Preparation For Micro-analysis)"이며 본 출원인/양수인에게 양도된 미국 가 특허 출원 제 60/649,080호에 개시된 것과 같은 미세-분석 샘플 준비 기술을 이용하여 미리 준비된다. 미세 분석 샘플 준비 기술을 이용하여 워크피스(샘플)를 미리 준비하는 것은, 1개 이상의 타입의 컷팅, 클리빙, 슬라이싱 또는/그리고 폴리싱 절차를 이용하여, 워크피스(샘플) 전구체의 크기의 적어도 1개의 치수(길이, 폭, 또는/그리고 두께, 깊이 또는 높이)를 감소시키거나 작게 함으로써, 워크피스(샘플) 전구체의 적어도 일부를 "절단" 또는 "분할"하여, 예를 들어 이온빔 밀링과 같은 다른 공정을 받을 준비가 되는 준비된 워크피스(샘플)를 생성하는 것에 기초한다. 이러한 준비된 워크피스(샘플)는 약 10 미크론 내지 약 50 미크론 범위의 적어도 1개의 치수(길이, 폭, 또는/그리고 두께, 깊이 또는 높이)를 가지며, 약 2 밀리미터 내지 약 3 밀리미터 범위의 다른 치수를 갖는다.
특히, 본원에서의 구 '워크피스의 이온빔 밀링'과 관련하여, 워크피스의 이온빔 밀링은 일반적으로 워크피스의 표면에 이온빔을 충돌시켜, 표면과 이온빔의 상호작용에 의해 표면으로부터 그리고 이에 따라 워크피스로부터 물질이 제거되게 하는 것을 말한다. 일반적으로, 포커싱된 이온빔(FIB) 밀링은, 액체 갈륨과 같은 액체 금속 소스로부터 비롯되는 고 에너지의 집중되고 적절히 포커싱된 이온빔이 워크피스의 표면에 입사하고 충돌하여 밀링함으로써, 포커싱된 이온빔과 표면의 상호작용에 의해 워크피스의 표면으로부터 물질을 제거하는 것을 말한다. 일반적으로, 브로드 이온빔(BIB) 밀링은, 아르곤 또는 크세논과 같은 비활성 가스 소스로부터 비롯되는 보다 적은 에너지의 보다 덜 포커싱된 브로드 이온빔이 워크피스의 표면에 입사하고 충돌하여 밀링함으로써, 브로드 이온빔과 표면의 상호작용에 의해 워크피스의 표면으로부터 물질을 제거하는 것을 말한다.
일반적으로, 워크피스의 표면에 이온빔이 입사하여 충돌하고, 이에 의해 이온빔과 표면이 상호작용하여 그 표면으로부터 '선택적인' 타입의 물질 제거를 일으키는 이온빔 밀링은 이온빔 '식각'으로 고려될 수 있다. 본 발명의 범위 및 환경에 있어서, 본원에서의 이온빔 밀링은 이온빔이 워크피스의 표면에 입사하여 충돌하고, 이에 의해 이온빔과 표면이 상호작용하여 그 표면으로부터 비선택적인 또는 '선택적인' 타입의 물질 제거를 일으키는 것을 말한다.
특히, '이온빔을 지향시킨다'는 구(phrase)에 있어서, 용어 '지향시킨다'는 일반적으로 동의어 용어들인, 안내한다, 조정한다, 제어한다 및 그와 관련된 다른 문법적인 형태들과 동등하다. 이와 같이, 이온빔을 지향시킨다는 것은 일반적으로 이온빔을 안내하고, 조정하거나, 또는 제어하는 것과 동등하다. 일반적으로, 지향되고, 안내되고, 조정되거나 제어되는 이온빔은, 본원에서 일반적으로 워크피스로서 칭해지는 물체, 실체 또는 타겟쪽으로, 어떠한 방향, 축, 경로, 또는 궤도로 또는 이러한 방향, 축, 경로 또는 궤도를 따라서, 지향되고, 안내되고, 조정되거나 제어된다.
특히, '이온빔을 편향시킨다'의 구에서, 용어 '편향시킨다'는 일반적으로 동의어 용어들인, 빗나가게 하다, 비키게 하다, 구부리다 또는 벗어나게 하다, 또는 대안적으로는 이들의 각각의 동의어 구들인, 빗나가도록 야기하다, 비키도록 야기하다, 구부리도록 야기하다, 벗어나도록 야기하다, 그리고 이들의 관련된 다른 문법적인 형태들과 동등하다. 따라서, 이온빔을 편향시킨다는 것은 일반적으로 이온빔을 빗나가게 하는 것, 비키게 하는 것, 구부리는 것, 또는 벗어나게 하는 것, 또는 대안적으로는 각각 이온빔을 빗나가도록 야기하고, 비키도록 야기하고, 구부리도록 야기하거나 벗어나도록 야기하고, 또는 대안적으로는 각각 이온빔이 빗나가게 되고, 비키게 되고, 구부리게 되고 또는 벗어나게 되도록 함으로써, 결과적으로 각각 이온빔을 빗나가게 하고, 비키게 하고, 구부리고 또는 벗어나게 하는 것과 동등하다. 일반적으로, 이온빔은 제 1 방향, 경로, 축, 또는 궤도로부터 각각 제 2 방향, 경로, 축, 또는 궤도로 편향되고, 빗나가고, 비키고, 구부리거나 또는 벗어나게 된다.
따라서, 본원에서의 '이온빔을 편향시킨다'의 구에 대한 이전의 설명, 의미 및 이해에 기초하여, '이온빔을 다수회 편향시킨다'의 구는 일반적으로 이온빔을 1번 이상, 특히 적어도 2번, 그리고 일반적으로는 복수의 또는 다수의 횟수, 이에 따라 용어 '다수회 편향'에 대응하는 1번 이상의 임의의 횟수로 편향시키는 것을 말한다. 본 발명의 제 1의 특정예 또는 실시예로서, 이온빔을 2회 또는 2번 편향시키는 것은 본원에서 '이온빔을 2번 편향시킨다'의 구로 나타낸다. 본 발명의 제 2의 특정예 또는 실시예로서, 이온빔을 3회 또는 3번 편향시키는 것은 본원에서 '이온빔을 3번 편향시킨다'의 구로 나타낸다. 따라서, 일반적으로, 본 발명을 설명하기 위해, 이온빔을 적어도 2회 편향시키는 것은 본원에서 '이온빔을 적어도 2번 편향시킨다'의 구로 나타내거나, 또는 동등하게는, '이온빔을 다수회 편향시킨다'의 구로 나타낸다. 반드시 이해될 사항으로서, 본 발명은 이온빔을 다수회 편향시키는 것을 반드시 이온빔을 2번 또는 3번 편향시키는 것으로 제한하지 않는다. 일반적으로, 본 발명은 이온빔을 다수회 편향시키는 것이 이온빔을 3번 이상, 4번 이상 등으로 편향시키는 것을 수반하도록 실시될 수 있다.
대응하는 방식으로, 본원에서 '다수회 편향된 이온빔'의 구는 1번 이상, 특히 적어도 2번, 그리고 일반적으로는 복수의 또는 다수의 횟수, 이에 따라 용어 '다수회 편향된'에 대응하는 1번 이상의 임의의 횟수로 편향된 이온빔을 말한다. 본 발명의 대응하는 제 1의 특정예 또는 실시예로서, 2회 또는 2번 편향된 이온빔은 본원에서 '2번 편향된 이온빔'의 구로 나타낸다. 본 발명의 대응하는 제 2의 특정예 또는 실시예로서, 3회 또는 3번 편향된 이온빔은 본원에서 '3번 편향된 이온빔'의 구로 나타낸다. 따라서, 대응하는 방식으로, 일반적으로 본 발명을 설명하기 위해, 적어도 2회 편향된 이온빔은 본원에서 '다수회 편향된 이온빔'의 구로 나타내는바, 이것은 '적어도 2번 편향된 이온빔'의 구와 동등하다. 반드시 이해될 사항으로서, 본 발명은 다수회 편향된 이온빔을 반드시 2번 또는 3번 편향된 이온빔으로 제한하지 않는다. 일반적으로, 본 발명은 다수회 편향된 이온빔이 3번 이상, 4번 이상 등으로 편향된 이온빔이 되도록 실시될 수 있다.
따라서, 본원에서의 '이온빔을 지향시킨다' 및 '이온빔을 편향시킨다'의 구에 대한 이전의 설명, 의미 및 이해에 기초하여, 본원에서 '이온빔을 지향시키고 적어도 2번 편향시킨다'의 구는 일반적으로 1번 이상, 특히 적어도 2번, 그리고 일반적으로는 1번 이상의 임의의 횟수로 편향되기 전에, 편향되는 동안, 그리고 편향된 이후 이온빔을 지향시키는 것을 말한다. 본 발명의 제 1의 특정예 또는 실시예로서, 이온빔을 지향시키고, 가해진 이온빔을 2회 또는 2번 편향시킨 다음, 2번 편향된 이온빔을 지향시키는 것은, 본원에서 '이온빔을 지향시키고 적어도 2번 편향시킨다'의 구로 나타낸다. 본 발명의 제 2의 특정예 또는 실시예로서, 이온빔을 지향시키고, 가해진 이온빔을 3회 또는 3번 편향시키는 것은, 본원에서 '이온빔을 지향시키고 3번 편향시킨다'의 구로 나타낸다. 따라서, 일반적으로, 본 발명을 설명하기 위해, 이온빔을 적어도 2번 편향시키는 것은 본원에서 '이온빔을 지향시키고 적어도 2번 편향시킨다'의 구로 나타내거나, 또는 동등하게는, '이온빔을 지향시키고 다수회 편향시킨다'의 구로 나타낸다. 반드시 이해될 사항으로서, 본 발명은 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키는 것을 반드시 이온빔을 지향시키고 2번 또는 3번 편향시키는 것으로 제한하지 않는다. 일반적으로, 본 발명은 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키는 것이 이온빔을 지향시키고 3번 이상, 4번 이상 등으로 편향시키는 것을 수반하도록 실시될 수 있다.
대응하는 방식으로, 본원에서 '지향되고 다수회 편향된 이온빔'의 구는 1번 이상, 특히 적어도 2번, 그리고 일반적으로는 복수의 또는 다수의 횟수, 이에 따라 용어 '지향되고 다수회 편향된'에 대응하는 1번 이상의 임의의 횟수로 편향되기 전에, 편향되는 동안, 그리고 편향된 이후 지향되는 이온빔을 말한다. 본 발명의 대응하는 제 1의 특정예 또는 실시예로서, 2회 또는 2번 편향되기 전에, 편향되는 동안, 그리고 편향된 이후 지향되는 이온빔은 본원에서 '지향되는 2번 편향된 이온빔'의 구로 나타낸다. 본 발명의 대응하는 제 2의 특정예 또는 실시예로서, 3회 또는 3번 편향되기 전에, 편향되는 동안, 그리고 편향된 이후 지향되는 이온빔은 본원에서 '지향되는 3번 편향된 이온빔'의 구로 나타낸다. 따라서, 대응하는 방식으로, 일반적으로 본 발명을 설명하기 위해, 적어도 2번 편향되기 전에, 편향되는 동안, 그리고 편향된 이후 지향되는 이온빔은 본원에서 '지향되고 다수회 편향된 이온빔'의 구로 나타내며, 이는 '지향되는 적어도 2번 편향된 이온빔'의 구와 등가이다. 반드시 이해될 사항으로서, 본 발명은 지향되고 다수회 편향된 이온빔을 반드시 지향되는 2번 또는 3번 편향된 이온빔으로 제한하지 않는다. 일반적으로, 본 발명은 지향되고 다수회 편향된 이온빔이 3번 이상, 4번 이상 등으로 편향되기 전에, 편향되는 동안, 그리고 편향된 이후 지향되는 이온빔이 되도록 실시될 수 있다.
특히, '지향되고 다수회 편향된 (적어도 2번 편향된) 이온빔을 회전시킨다'의 구에 있어서, 본원에서 용어 '회전시킨다'는 일반적으로 동의어 용어들인, 축 위에서, 축 주위에서, 또는 축에 대해, 돌리거나 스핀시킨다, 또는 대안적으로는 각각 동의어 구들인, 축 위에서, 축 주위에서, 또는 축에 대해, 돌게 야기하거나 스핀하도록 야기하다, 그리고 이들의 관련된 다른 문법적인 형태들과 동등하다. 이와같이, 지향되고 다수회 편향된 (적어도 2번 편향된) 이온빔 회전시키는 것은 일반적으로, 축 위에서, 축 주위에서, 또는 축에 대해, 지향되고 다수회 편향된 (적어도 2번 편향된) 이온빔을 돌리거나 스핀시키는 것, 또는 대안적으로는 각각 축 위에서, 축 주위에서, 또는 축에 대해, 지향되고 다수회 편향된 (적어도 2번 편향된) 이온빔을 각각 돌게 야기하거나 스핀하도록 야기하는 것, 또는 대안적으로는 각각 축 위에서, 축 주위에서, 또는 축에 대해, 지향되고 다수회 편향된 (적어도 2번 편향된) 이온빔이 돌게 하거나 또는 스핀되게 함으로써, 결과적으로 축 위에서, 축 주위에서, 또는 축에 대해, 지향되고 다수회 편향된 (적어도 2번 편향된) 이온빔을 각각 돌게 하거나 또는 스핀시키는 것과 동등하다.
일반적으로, 지향되고 다수회 편향된 (적어도 2번 편향된) 이온빔은 축 위에서, 축 주위에서 또는 축에 대해, 회전되고(회전하고), 돌려지고(돌고), 또는 스핀되는(스핀하는) 바, 이러한 축은 이온빔의 축이거나, 또는 보통 이러한 이온빔과 동일한 공간적 도메인 및 시간적 도메인을 공유하는 요소 또는 컴포넌트의 축이다. 또한, 축 위에서의, 축 주위에서의 또는 축에 대한 지향되고 다수회 편향된 (적어도 2번 편향된) 이온빔의 이러한 회전, 돌림, 또는 스피닝은, 축 위에서, 축 주위에서 또는 축에 대해, 지향되고 다수회 편향된 (적어도 2번 편향된) 이온빔을 각도있게 변위시키는 것에 대응하는바, 이러한 축은 이온빔의 축이거나, 또는 보통 이러한 이온빔과 동일한 공간적 도메인 및 시간적 도메인을 공유하는 요소 또는 컴포넌트의 축이다.
부가적으로, 본원에서 이용되는 용어 '약'은 관련값의 ±10%를 말한다.
본 발명의 예시적인 바람직한 실시예들, 대안적인 바람직한 실시예들, 특정 구성들의 동작 및 실시, 그 부가적인 그리고 선택적인 양상들, 특징들 또는 특성들 뿐 아니라, 절차들, 단계들, 하위 단계들, 시스템 유닛들, 시스템 서브 유닛들, 장치들, 어셈블리들, 서브 어셈블리들, 메커니즘들, 구조들, 컴포넌트들, 요소들, 주변 장비, 유틸리티들, 부속품들 및 물질들은 하기의 예시적인 설명 및 첨부 도면을 참조하여 보다 잘 이해될 것이다. 하기의 예시적인 설명 및 첨부 도면들 전체에 걸쳐서, 동일한 참조 부호들 및 문자들은 동일한 시스템 유닛들, 시스템 서브 유닛들, 장치들, 어셈블리들, 서브 어셈블리들, 메커니즘들, 구조들, 컴포넌트들, 요소들, 주변 장비, 유틸리티들, 부속품들 및 물질들을 나타낸다.
본 발명의 하기의 예시적인 설명은, 개시된 발명의 적절한 '가능한' 이용 및 실시를 충분히 이해하는 데에 필요한, 주요 또는 주된 절차들, 단계들, 하위 단계들, 및 주요 또는 주된 시스템 유닛들, 시스템 서브 유닛들, 장치들, 어셈블리들, 서브 어셈블리들, 메커니즘들, 구조들, 컴포넌트들, 요소들, 주변 장비, 유틸리티들, 부속품들 및 물질들을 포함한다. 이에 따라, 당업자에게 알려져 있고, 본 발명과 관련된 종래 기술 및 기술 문헌으로부터 입수할 수 있으며, 본 발명의 실시를 가능하게 하는 데에 부차적으로 중요한, 가능한 많은 예비적인, 중간적인, 중요치않은, 또는/그리고 선택적인 절차들, 단계들, 또는/그리고 하위 단계들, 또는/그리고 시스템 유닛들, 시스템 서브 유닛들, 장치들, 어셈블리들, 서브 어셈블리들, 메커니즘들, 구조들, 컴포넌트들, 요소들, 주변 장비, 유틸리티들, 부속품들 및 물질들에 대한 설명은 본원에서 기껏해야 간단하게 설명된다.
본 발명의 하기의 예시적인 설명에서는, 비한정적인 방식으로, 일반적으로 다음의 순서로 제시된다: 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키는 방법; 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키는 방법의 하위 결합으로서, 제공되는 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키는 방법; 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키는 장치; 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키는 장치의 하위 결합으로서, 제공되는 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키기 위한 장치; 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키는 시스템; 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키는 장치의 하위 결합으로서, 제공되는 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키는 시스템; 및 워크피스의 이온빔 밀링의 정도를 결정 및 제어하는 방법.
따라서, 본 발명의 주요 양상은 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키는 방법을 제공하는 것으로서, 이 방법은 하기의 주요 단계들, 컴포넌트들 및 그 기능들: 이온빔을 제공하는 단계와; 그리고 지향되고 다수회 편향된 이온빔을 제공하기 위해, 상기 제공된 이온빔을 지향시키고 적어도 2번 편향시키는 단계를 포함하며, 상기 지향되고 다수회 편향된 이온빔은 상기 워크피스의 표면 쪽으로 지향되고, 그 위에 입사되고 충돌하여, 밀링한다.
이제, 도 2를 참조하면, 도 2는 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키고, 그 정도를 결정 및 제어하는 예시적인 바람직한 실시예의 측면도를 나타내는 개략도로서, 특히 진공 유닛의 진공 챔버 어셈블리(210)와 워크피스 이미징 및 밀링 검출 유닛(300)과 관련하여 이온빔 유닛(100)을 나타내는바, 이러한 모든 것들은 워크피스 및 그 표면과 관련된다.
일반적으로, 도 2는 본 발명의 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키는 방법을 예시적으로 설명하기에 충분하다. 하지만, 확실한 이해를 돕기 위해, 여기에서는 도 3, 도 4, 도 5, 도 6, 도 8, 도 9 및 도 10을 추가적으로 참조하는 바, 이들 도면 역시 본 발명에 따른, 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키기 위한 다수의 예시적인 특정의 바람직한 실시예들의 구현을 이해하기 위해 참조한다.
도 3은 도 2에 도시한 예시적인 바람직한 실시예의 측면도를 보다 상세하게 나타내는 개략도로서, 특히 이온빔 유닛(100)이 이온빔(10)을 2번 편향시키기 위한 이온빔 지향 및 다수회 편향 어셈블리(120)를 포함하는 장치의 예시적인 특정의 바람직한 실시예를 나타내고, 워크피스 이미징 및 밀링 검출 유닛(300)의 예시적인 특정의 바람직한 실시예를 나타낸다.
도 4는 도 2 및 도 3에 도시된 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향하고, 그 정도를 결정 및 제어하는 것의 측면도를 나타내는 개략도로서, 특히 장치의 컴포넌트 레벨 버전의 측면도를 보다 상세하게 보여주는바, 여기서 이온빔 유닛(100)은 이온빔(10)을 2번 편향시키도록 구성되어 이러한 기능을 하는 이온빔 지향 및 다수회 편향 어셈블리(120)를 포함한다.
도 5는 도 2, 도 3 및 도 4에 도시된 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키는 것의 투시도를 나타내는 개략도로서, 특히 이온빔(10)을 2번 편향시키도록 구성되어 이러한 기능을 하는, 이온빔 유닛(100)의 이온빔 지향 및 다수회 편향 어셈블리(120)에 포함되는 제 1 이온빔 편향 어셈블리(122) 및 제 2 이온빔 편향 어셈블리(124) 각각의 예시적인 특정의 바람직한 실시예를 나타낸다.
도 6a 내지 도 6e는 본 발명에 따른, 세로축(40) 주위로 0o 내지 360o 범위로 회전하고, 워크피스의 표면쪽으로 지향되고, 그 위로 입사되어 충돌하고, 밀링하는, 다수회 편향되어 지향되는 이온빔(20) 중에서, 지향되는 2회 편향된 이온빔 형태에 해당하는, 제 1 이온빔 편향 어셈블리(122) 및 제 2 이온빔 편향 어셈블리(124a 및 124b)에 의해 워크피스와 동축의 임의로 할당되는 세로축(40)에 대해 지향되고 다수회 편향되는 이온빔의 회전 (각도) 시퀀스의 투시도를 나타내는 개략도들이다.
도 7a는 (일반적으로 직사각형 슬래브 형상의) 제 1 타입의 예시적인 워크피스의 표면쪽으로 지향되고, 그 위에 입사하고 충돌하여 밀링하는, 다수회 편향되어 지향되는 이온빔(20)(2번 편향됨) 또는 이온빔(22)(3번 편향됨)을 클로즈업한 투시도를 나타내는 개략도로서, 특히 이온빔(20 또는 22), 표면 및 워크피스의 상대적인 지오미트리 및 치수를 보여준다.
도 7b는 (예를 들어 도 1에 나타낸 것과 유사한, (마스크 요소)를 갖는 표면이 샘플 홀더 요소에 의해 받쳐지는 반도체 웨이퍼 또는 칩의 일부의 전형적인 샘플의) 제 2 타입의 예시적인 워크피스의 표면쪽으로 지향되고, 그 위에 입사하고 충돌하여 밀링하는, 다수회 편향되어 지향되는 이온빔(20)(2번 편향됨) 또는 이온빔(22)(3번 편향됨)을 클로즈업한 투시도를 나타내는 개략도로서, 특히 이온빔(20 또는 22), 표면 및 워크피스의 상대적인 지오미트리 및 치수를 보여준다.
도 8은 도 2에 도시된 예시적인 바람직한 실시예의 보다 상세화된 측면도를 나타내는 개략도로서, 특히 이온빔(10)을 3번 편향시키기 위한 이온빔 지향 및 다수회 편향 어셈블리(120)를 포함하는 이온빔 유닛(100)의 예시적인 특정의 바람직한 실시예를 나타내고, 워크피스 이미징 및 밀링 검출 유닛(300)의 예시적인 특정의 바람직한 실시예를 나타낸다.
도 9는 도 2 및 8에 도시된 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향하고, 그 정도를 결정 및 제어하는 것의 측면도를 나타내는 개략도로서, 특히 이온빔(10)을 3번 편향시키도록 구성되어 이러한 기능을 하는 이온빔 지향 및 다수회 편향 어셈블리(120)를 포함하는 이온빔 유닛(100)의 보다 상세화된 컴포넌트 레벨의 측면도를 나타낸다.
도 10은 도 2, 도 8 및 도 9에 도시된 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키는 것의 투시도를 나타내는 개략도로서, 특히 이온빔을 3번 편향시키도록 구성되어 이러한 기능을 하는, 이온빔 유닛(100)의 이온빔 지향 및 다수회 편향 어셈블리(120)에 포함되는 제 1 이온빔 편향 어셈블리(122), 제 2 이온빔 편향 어셈블리(124) 및 제 3 이온빔 편향 어셈블리(140) 각각의 예시적인 특정의 바람직한 실시예를 나타낸다.
따라서, 도 2를 참조하여, 그리고 도 3, 도 4, 도 5, 도 6, 도 8, 도 9 및 도 10을 추가적으로 참조하여, 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키는 방법은, 이온빔(10)을 제공하는 단계와; 그리고 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20a, 20b 또는 20c)을 형성하기 위해, 상기 제공된 이온빔(10)을 지향시키고 적어도 2번(예를 들어, 2번 또는 3번) 편향시키는 단계를 포함하며, 상기 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20a, 20b 또는 20c)은 상기 워크피스의 표면쪽으로 지향되고, 그 위에 입사되고 충돌하여, 밀링한다.
일반적으로, 부분적으로, 제공되는 이온빔(10)을 다수회 편향시켜 지향시키는, 특정의 공간적 (방향적, 방위적(orientational), 구성적(configurational)) 모드 또는 방식에 따라, 그리고 특정의 시간적 (타이밍) 모드 또는 방식에 따라, 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향하는 방법에 대한 다수의 서로 다른 예시적인 특정의 실시예들이 있는 바, 여기서 상기 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20a, 20b, 및 20c)은 워크피스의 표면쪽에 지향되고, 그 위에 입사하여 충돌하고, 표면을 밀링한다. 특히, 제공되는 이온빔(10)을 다수회 편향하고 지향시키는, 특정의 공간적 (방향적, 방위적, 구성적) 모드 또는 방식은 선형 또는 회전성이다. 특히, 제공되는 이온빔(10)을 다수회 편향시켜 지향시키는 특정의 시간적 (타이밍) 모드 또는 방식은, 연속적, 불연속적이거나(주기적, 비주기적, 또는 펄스식), 또는 연속 및 불연속 (주기적, 비주기적 또는 펄스식)의 결합이다. 또한, 제공되는 이온빔(10)을 다수회 편향시켜 지향시키는, 선형 또는 회전성의, 각각의 특정의 공간적 (방향적, 방위적, 구성적) 모드 또는 방식은, 제공되는 이온빔(10)을 다수회 편향하고 지향시키는, 연속적, 불연속적이거나(주기적, 비주기적, 또는 펄스식) 또는 연속 및 불연속 (주기적, 비주기적 또는 펄스식)의 결합인, 각각의 특정의 시간적 (타이밍) 모드 또는 방식에 따라 실시될 수 있다.
보다 구체적으로, 제공되는 이온빔(10)을 다수회 편향하고 지향시키는 특정의 공간적 (방향적, 방위적, 구성적) 모드 또는 방식에서는, 각각의 선형으로 또는 회전하여 지향되는 다수회 편향(각각, 2번 또는 3번 편향)된 이온빔(20a)을 형성하기 위해, 이온빔(10)을 다수회 편향(예를 들어, 2번 또는 3번 편향)시키고 선형적으로 또는 회전하여 지향시키는 바, 여기서 각각의 선형으로 또는 회전하여 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20a, 20b, 또는 20c)은 각각 워크피스의 표면을 향해 선형으로 또는 회전하여 지향되고, 그 위에 입사되어 충돌하고, 그 표면을 밀링한다.
보다 구체적으로, 제공되는 이온빔(10)을 다수회 편향시켜 지향시키는 특정의 시간적 (타이밍) 모드 또는 방식에 있어서, 각각의 지향되는 다수회 편향(각각, 2번 또는 3번 편향)된 이온빔(20a, 20b, 또는 20c)을 연속적으로, 불연속적으로, 또는 연속과 불연속의 결합으로 형성하기 위해, 제공되는 이온빔(10)을 다수회 편향(예를 들어, 2번 또는 3번)시키고, 연속적으로, 불연속적으로, 또는 연속과 불연속의 결합으로 지향시키는 바, 여기서 각각의 연속적으로, 불연속적으로, 또는 연속과 불연속의 결합으로, 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20a, 20b, 또는 20c)은 각각 연속적으로, 비연속적으로, 또는 연속과 불연속의 결합으로 워크피스의 표면을 향해 지향되고, 그 위에 입사되어 충돌하고, 표면을 밀링한다.
따라서, 제공되는 이온빔(10)을 다수회 편향시켜 지향시키는 각각의 특정의 시간적 (타이밍) 모드 또는 방식에 따라 실시되는, 제공되는 이온빔(10)을 다수회 편향시켜 지향시키는 각각의 특정의 시간적 (타이밍) 모드 또는 방식에 있어서, 각각의 연속적으로, 비연속적으로, 또는 연속과 비연속의 결합으로, 선형으로 또는 회전시켜 지향되는 다수회 편향(각각, 2번 또는 3번 편향)된 이온빔(20a, 20b, 또는 20c)을 형성하기 위해, 제공되는 이온빔(10)을 다수회 편향(예를 들어 2번, 또는 3번)시키고, 연속적으로, 비연속적으로, 또는 연속과 비연속의 결합으로, 선형으로 또는 회전시켜 지향시키는 바, 여기서 각각의 연속적으로, 비연속적으로, 또는 연속과 비연속의 결합으로, 선형으로 또는 회전시켜 지향되는 다수회 편향(각각, 2번 또는 3번 편향)된 이온빔(20a, 20b, 또는 20c)은 각각 연속적으로, 비연속적으로, 또는 연속과 비연속의 결합으로, 선형으로 또는 회전되어 워크피스의 표면을 향해 지향되고, 그 위에 입사되어 충돌하고, 표면을 밀링한다.
이하, 제공되는 이온빔(10)을 다수회 편향(예를 들어, 2번 또는 3번)시켜 지향시키는, 별개의 특정의 공간적 (방향적, 방위적, 구성적) 모드 또는 방식에 따라, 그리고 별개의 특정의 시간적 (타이밍) 모드 또는 방식에 따라, 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키는 방법에 대한 상기 설명한 각각의 (공간적으로 그리고 시간적으로 특징화되는) 예시적인 특정의 바람직한 실시예들에 대해 보다 상세히 설명한다. 이를 위해, 도 2에 도시한 바와 같이, 제공되는 이온빔(10)이 본질적으로 세로축(본원에서는 세로축(40)이라 칭해짐)과 동축이라는 것이 각각의 예시적인 특정의 바람직한 실시예에 대해 일반적으로 적용된다. 또한, 도 2에 도시한 바와 같이, 워크피스가 세로축(40)과 동축이라는 것이 각각의 예시적인 특정의 바람직한 실시예에 대해 일반적으로 적용된다. 예시적인 3차원 xyz 좌표축 시스템(50)과 관련하여, 임의적인 세로축(40)은 x 축 방향을 따라 연장되며, x 축과 동축이다.
워크피스의 이온빔 밀링을 위한 선형의 공간적인 모드 또는 방식
도 2를 참조하여, 제공되는 이온빔(10)은 세로축(40)[즉, (z = 0 도메인에서) x 축]의 방향으로 선형으로 지향되고 그 방향을 따라 연장한다(즉, 뻗는다). 이후, 선형으로 가해진 이온빔(10)은 적어도 2번 편향(다수회 편향)되고 선형으로 가해짐으로써, 선형으로 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20a, 20b 및 20c)으로 변환 또는 변형되는 바, 이러한 빔은 선형으로 지향되고, 세로축(40)의 윗쪽 방향[즉, (양의 z 축 도메인에서의) x 축]으로, 또는 세로축(40)의 아랫쪽 방향[즉, (음의 z 축 도메인에서의) x 축]으로, 또는 세로 방향(40)의 방향[즉, (z = 0 도메인에서의) x 축]으로 워크피스를 향해 각각 연장된 다음, 워크피스의 표면에 입사되어 충돌하고, 그 표면을 밀링한다.
보다 구체적으로, 상기 설명은 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키는 방법에 대한 3개의 (선형으로 그리고 공간적으로 특징화되는) 주요한 예시적인 특정의 바람직한 실시예들에 대응하는 바, 이들 각각은 제공되는 이온빔(10)을 다수회 편향(예를 들어, 2번 또는 3번 편향)시켜 지향시키는, 서로 다른 특정의 선형의 공간적(방향적, 방위적, 구성적)인 모드 또는 방식에 따르며, 여기서 선형으로 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20a, 20b, 또는 20c)은 워크피스의 표면쪽으로 선형으로 지향되고, 그 위에 입사하여 충돌하고, 표면을 밀링한다.
또한, 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키는 방법에 대한 이러한 3개의 (선형으로 그리고 공간적으로 특징화되는) 주요한 예시적인 특정의 바람직한 실시예들 각각은, 제공되는 이온빔(10)을 다수회 편향시키고 선형으로 지향시키는 연속적인 타입의 시간적 (타이밍) 모드 또는 방식과, 제공되는 이온빔(10)을 다수회 편향시키고 선형으로 지향시키는 비연속적인 (주기적, 비주기적 또는 펄스식) 타입의 시간적 (타이밍) 모드 또는 방식과, 그리고 제공되는 이온빔(10)을 다수회 편향시키고 선형으로 지향시키는 연속적인 타입과 비연속적인 타입의 시간적 (타이밍) 모드 또는 방식의 결합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는, 제공되는 이온빔(10)을 다수회 편향(예를 들어, 2번 또는 3번 편향)시키고 선형으로 지향시키는 서로 다른 3개의 주요한 특정의 시간적 (타이밍) 모드들 또는 방식들에 따라 실시되며, 여기서 선형으로 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20a, 20b, 또는 20c)은 워크피스의 표면을 향해 선형으로 지향되고, 그 위에 입사되어 충돌하고, 표면을 밀링한다. 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키는 방법에 대한 이러한 예시적인 특정의 바람직한 실시예들에 대해 바로 이어서 설명한다.
제 1의 주요 (선형으로 그리고 공간적으로 특징화되는) 예시적인 특정의 바람직한 실시예에 있어서, 선형으로 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20a)을 형성하기 위해, 제공되는 이온빔(10)은 적어도 2번 편향(다수회 편향)된 다음 선형으로 지향되는 바, 이러한 이온빔은 워크피스를 향해 세로축(40) 윗쪽으로부터의 방향[즉, (양의 z 축 도메인에서의) x 축]으로 선형으로 지향되고 연장된 다음, 워크피스의 표면에 입사하여 충돌하고, 그 표면을 밀링한다.
제공되는 이온빔(10)을 다수회 편향시켜 선형으로 지향시키는 연속적인 타입의 시간적 (타이밍) 모드 또는 방식에 따르면, 시간적으로, 연속적으로 그리고 선형으로 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20a)을 형성하기 위해, 제공되는 이온빔(10)은 시간적으로 그리고 연속적으로 적어도 2번 편향(다수회 편향)된 다음, 시간적으로, 연속적으로 그리고 선형으로 지향되는 바, 이러한 이온빔은 워크피스를 향해 세로축(40) 위쪽으로부터의 방향[즉, (양의 z 축 도메인에서의) x 축]으로 시간적으로, 연속적으로 그리고 선형으로 지향되고 연장된 다음, 워크피스의 표면에 시간적으로 그리고 연속적으로 입사하여 충돌하고, 그 표면을 밀링한다.
제공되는 이온빔(10)을 다수회 편향시켜 선형으로 지향시키는 비연속적인 타입의 시간적 (타이밍) 모드 또는 방식에 따르면, 시간적으로, 비연속적으로 (주기적으로 또는 비주기적으로) 그리고 선형으로 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20a)을 형성하기 위해, 제공되는 이온빔(10)은 시간적으로, 비연속적으로 (주기적으로 또는 비주기적으로) 적어도 2번 편향(다수회 편향)된 다음, 시간적으로, 비연속적으로 (주기적으로 또는 비주기적으로) 그리고 선형으로 지향되는 바, 이러한 이온빔은 워크피스를 향해 세로축(40) 위쪽으로부터의 방향[즉, (양의 z 축 도메인에서의) x 축]으로 시간적으로, 비연속적으로 (주기적으로 또는 비주기적으로) 그리고 선형으로 지향되고 연장된 다음, 워크피스의 표면에 시간적으로 그리고 비연속적으로 (주기적으로 또는 비주기적으로) 입사하여 충돌하고, 그 표면을 밀링한다.
제공되는 이온빔(10)을 다수회 편향시켜 선형으로 지향시키는 연속적인 타입과 비연속적인 타입의 시간적 (타이밍) 모드 또는 방식의 결합에 따르면, 시간적으로, 연속적으로, 비연속적으로 (주기적으로 또는 비주기적으로) 그리고 선형으로 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20a)을 형성하기 위해, 제공되는 이온빔(10)은 시간적으로, 연속적으로 그리고 비연속적으로 (주기적으로 또는 비주기적으로) 적어도 2번 편향(다수회 편향)된 다음, 시간적으로, 연속적으로, 비연속적으로 (주기적으로 또는 비주기적으로) 그리고 선형으로 지향되는 바, 이러한 이온빔은 워크피스를 향해 세로축(40) 위쪽으로부터의 방향[즉, (양의 z 축 도메인에서의) x 축]으로 시간적으로, 연속적으로, 비연속적으로 (주기적으로 또는 비주기적으로) 그리고 선형으로 지향되고 연장된 다음, 워크피스의 표면에 시간적으로, 연속적으로 그리고 비연속적으로 (주기적으로 또는 비주기적으로) 입사하여 충돌하고, 그 표면을 밀링한다.
제 2의 주요 (선형으로 그리고 공간적으로 특징화되는) 예시적인 특정의 바람직한 실시예에 있어서, 선형으로 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20b)을 형성하기 위해, 제공되는 이온빔(10)은 적어도 2번 편향(다수회 편향)된 다음 선형으로 지향되는 바, 이러한 이온빔은 워크피스를 향해 세로축(40) 아랫쪽으로부터의 방향[즉, (음의 z 축 도메인에서의) x 축]으로 선형으로 지향되고 연장된 다음, 워크피스의 표면에 입사하여 충돌하고, 그 표면을 밀링한다.
제공되는 이온빔(10)을 다수회 편향시켜 선형으로 지향시키는 연속적인 타입의 시간적 (타이밍) 모드 또는 방식에 따르면, 시간적으로, 연속적으로 그리고 선형으로 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20b)을 형성하기 위해, 제공되는 이온빔(10)은 시간적으로 그리고 연속적으로 적어도 2번 편향(다수회 편향)된 다음, 시간적으로, 연속적으로 그리고 선형으로 지향되는 바, 이러한 이온빔은 워크피스를 향해 세로축(40) 아랫쪽으로부터의 방향[즉, (음의 z 축 도메인에서의) x 축]으로 시간적으로, 연속적으로 그리고 선형으로 지향되고 연장된 다음, 워크피스의 표면에 시간적으로 그리고 연속적으로 입사하여 충돌하고, 그 표면을 밀링한다.
제공되는 이온빔(10)을 다수회 편향시켜 선형으로 지향시키는 비연속적인 타입의 시간적 (타이밍) 모드 또는 방식에 따르면, 시간적으로, 비연속적으로 (주기적으로 또는 비주기적으로) 그리고 선형으로 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20b)을 형성하기 위해, 제공되는 이온빔(10)은 시간적으로, 비연속적으로 (주기적으로 또는 비주기적으로) 적어도 2번 편향(다수회 편향)된 다음, 시간적으로, 비연속적으로 (주기적으로 또는 비주기적으로) 그리고 선형으로 지향되는 바, 이러한 이온빔은 워크피스를 향해 세로축(40) 아랫쪽으로부터의 방향[즉, (음의 z 축 도메인에서의) x 축]으로 시간적으로, 비연속적으로 (주기적으로 또는 비주기적으로) 그리고 선형으로 지향되고 연장된 다음, 워크피스의 표면에 시간적으로 그리고 비연속적으로 (주기적으로 또는 비주기적으로) 입사하여 충돌하고, 그 표면을 밀링한다.
제공되는 이온빔(10)을 다수회 편향시켜 지향시키는 연속적인 타입과 비연속적인 타입의 시간적 (타이밍) 모드 또는 방식의 결합에 따르면, 시간적으로, 연속적으로, 비연속적으로 (주기적으로 또는 비주기적으로) 그리고 선형으로 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20b)을 형성하기 위해, 제공되는 이온빔(10)은 시간적으로, 연속적으로 그리고 비연속적으로 (주기적으로 또는 비주기적으로) 적어도 2번 편향(다수회 편향)된 다음, 시간적으로, 연속적으로, 비연속적으로 (주기적으로 또는 비주기적으로) 그리고 선형으로 지향되는 바, 이러한 이온빔은 워크피스를 향해 세로축(40) 아랫쪽으로부터의 방향[즉, (음의 z 축 도메인에서의) x 축]으로 시간적으로, 연속적으로, 비연속적으로 (주기적으로 또는 비주기적으로) 그리고 선형으로 지향되고 연장된 다음, 워크피스의 표면에 시간적으로, 연속적으로 그리고 비연속적으로 (주기적으로 또는 비주기적으로) 입사하여 충돌하고, 그 표면을 밀링한다.
*제 3의 주요 (선형으로 그리고 공간적으로 특징화되는) 예시적인 특정의 바람직한 실시예에 있어서, 선형으로 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20c)을 형성하기 위해, 제공되는 이온빔(10)은 적어도 2번 편향(다수회 편향)된 다음 선형으로 지향되는 바, 이러한 이온빔은 워크피스를 향해 세로축(40) 및 그에 따라 워크피스 축(40)을 따르는 방향[즉, (z = 0 도메인에서의) x 축]으로 선형으로 지향되고 연장된 다음, 워크피스의 표면에 입사하여 충돌하고, 그 표면을 밀링한다.
제공되는 이온빔(10)을 다수회 편향시켜 선형으로 지향시키는 연속적인 타입의 시간적 (타이밍) 모드 또는 방식에 따르면, 시간적으로, 연속적으로 그리고 선형으로 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20c)을 형성하기 위해, 제공되는 이온빔(10)은 시간적으로 그리고 연속적으로 적어도 2번 편향(다수회 편향)된 다음, 시간적으로, 연속적으로 그리고 선형으로 지향되는 바, 이러한 이온빔은 워크피스를 향해 세로축(40) 및 그에 따라 워크피스 축(40)을 따르는 방향[즉, (z = 0 도메인에서의) x 축]으로 시간적으로, 연속적으로 그리고 선형으로 지향되고 연장된 다음, 워크피스의 표면에 시간적으로 그리고 연속적으로 입사하여 충돌하고, 그 표면을 밀링한다.
제공되는 이온빔(10)을 다수회 편향시켜 선형으로 지향시키는 비연속적인 타입의 시간적 (타이밍) 모드 또는 방식에 따르면, 시간적으로, 비연속적으로 (주기적으로 또는 비주기적으로) 그리고 선형으로 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20c)을 형성하기 위해, 제공되는 이온빔(10)은 시간적으로, 비연속적으로 (주기적으로 또는 비주기적으로) 적어도 2번 편향(다수회 편향)된 다음, 시간적으로, 비연속적으로 (주기적으로 또는 비주기적으로) 그리고 선형으로 지향되는 바, 이러한 이온빔은 워크피스를 향해 세로축(40)을 따르는 방향[즉, (z = 0 도메인에서의) x 축]으로 시간적으로, 비연속적으로 (주기적으로 또는 비주기적으로) 그리고 선형으로 지향되고 연장된 다음, 워크피스의 표면에 시간적으로 그리고 비연속적으로 (주기적으로 또는 비주기적으로) 입사하여 충돌하고, 그 표면을 밀링한다.
제공되는 이온빔(10)을 다수회 편향시켜 선형으로 지향시키는 연속적인 타입과 비연속적인 타입의 시간적 (타이밍) 모드 또는 방식의 결합에 따르면, 시간적으로, 연속적으로, 비연속적으로 (주기적으로 또는 비주기적으로) 그리고 선형으로 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20c)을 형성하기 위해, 제공되는 이온빔(10)은 시간적으로, 연속적으로 그리고 비연속적으로 (주기적으로 또는 비주기적으로) 적어도 2번 편향(다수회 편향)된 다음, 시간적으로, 연속적으로, 비연속적으로 (주기적으로 또는 비주기적으로) 그리고 선형으로 지향되는 바, 이러한 이온빔은 워크피스를 향해 세로축(40)을 따르는 방향[즉, (z = 0 도메인에서의) x 축]으로 시간적으로, 연속적으로, 비연속적으로 (주기적으로 또는 비주기적으로) 그리고 선형으로 지향되고 연장된 다음, 워크피스의 표면에 시간적으로, 연속적으로 그리고 비연속적으로 (주기적으로 또는 비주기적으로) 입사하여 충돌하고, 그 표면을 밀링한다.
* 워크피스 이온빔 밀링의 회전적이고 공간적인 모드 또는 방식
도 2를 참조하여, 제공되는 이온빔(10)은 세로축(40)[즉, (z = 0 도메인에서) x 축]의 방향으로 선형으로 지향되고 그 방향을 따라 연장한다(즉, 뻗는다). 이후, 선형으로 가해진 이온빔(10)은 적어도 2번 편향(다수회 편향)되고 회전하여 가해짐으로써, 회전하여 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20a, 20b 및 20c)으로 변환 또는 변형되는 바, 이러한 이온빔은 회전하여 지향되고, (도 2에서, 큰 대시 라인으로 투시적으로 도시한 원(52)에 의해 나타낸 바와 같이) '원뿔형으로(conically)' 또는 '원뿔형처럼(conically-like)', 또는 (도 2에서, 작은 대시 라인으로 투시적으로 도시한 원(54)으로 나타낸 바와 같이) '원통형으로(cylindrically)' 워크피스를 향해 연장된 다음, 워크피스의 표면에 입사되어 충돌하고, 그 표면을 밀링한다.
보다 구체적으로, 상기 설명은 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키는 방법에 대한 3개의 (회전적으로 그리고 공간적으로 특징화되는) 주요한 예시적인 특정의 바람직한 실시예들에 대응하는 바, 이들 각각은 제공되는 이온빔(10)을 다수회 편향(예를 들어, 2번 또는 3번 편향)시켜 지향시키는, 서로 다른 특정의 회전적이고 공간적(방향적, 방위적, 구성적)인 모드 또는 방식에 따르며, 여기서 회전하여 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20a, 20b, 또는 20c)은 워크피스의 표면쪽으로 회전하여 지향되고, 그 위에 입사하여 충돌하고, 표면을 밀링한다.
또한, 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키는 방법에 대한 이러한 3개의 (회전적으로 그리고 공간적으로 특징화되는) 주요한 예시적인 특정의 바람직한 실시예들 각각은, 제공되는 이온빔(10)을 다수회 편향시키고 회전하여 지향시키는 연속적인 타입의 시간적 (타이밍) 모드 또는 방식과, 제공되는 이온빔(10)을 다수회 편향시키고 회전하여 지향시키는 비연속적인 (주기적, 비주기적 또는 펄스식) 타입의 시간적 (타이밍) 모드 또는 방식과, 그리고 제공되는 이온빔(10)을 다수회 편향시키고 회전하여 지향시키는 연속적인 타입과 비연속적인 타입의 시간적 (타이밍) 모드 또는 방식의 결합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는, 제공되는 이온빔(10)을 다수회 편향(예를 들어, 2번 또는 3번 편향)시키고 회전하여 지향시키는 서로 다른 3개의 주요한 특정의 시간적 (타이밍) 모드들 또는 방식들에 따라 실시되며, 여기서 회전하여 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20a, 20b, 또는 20c)은 워크피스의 표면을 향해 회전하여 지향되고, 그 위에 입사되어 충돌하고, 표면을 밀링한다. 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키는 방법에 대한 이러한 예시적인 특정의 바람직한 실시예들에 대해 바로 이어서 설명한다.
제 1의 주요 (회전적으로 그리고 공간적으로 특징화되는) 예시적인 특정의 바람직한 실시예에 있어서, 회전하여 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20a 또는 20b)을 형성하기 위해, 제공되는 이온빔(10)은 적어도 2번 편향(다수회 편향)된 다음 회전하여 지향되는 바, 이러한 이온빔은 워크피스를 향해 회전하여 지향되고 세로축(40) 주위에서 '원뿔형으로' 또는 '원뿔형처럼' 연장된 다음, 워크피스의 표면에 입사하여 충돌하고, 그 표면을 밀링한다.
제공되는 이온빔(10)을 다수회 편향시키고 원뿔형으로 또는 원뿔형처럼 회전하여 지향시키는 연속적인 타입의 시간적 (타이밍) 모드 또는 방식에 따르면, 시간적으로, 연속적으로 그리고 회전하여 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20a 또는 20b)을 형성하기 위해, 제공되는 이온빔(10)은 시간적으로 그리고 연속적으로 적어도 2번 편향(다수회 편향)된 다음, 시간적으로, 연속적으로 그리고 회전하여 지향되는 바, 이러한 이온빔은 워크피스를 향해 시간적으로, 연속적으로 그리고 회전하여 지향되고, 세로축(40) 주위에서 원뿔형으로 또는 원뿔형처럼 연장된 다음, 워크피스의 표면에 입사하여 충돌하고, 그 표면을 밀링한다.
제공되는 이온빔(10)을 다수회 편향시키고 원뿔형으로 또는 원뿔형처럼 회전하여 지향시키는 비연속적인 타입의 시간적 (타이밍) 모드 또는 방식에 따르면, 시간적으로, 비연속적으로 (주기적으로 또는 비주기적으로) 그리고 회전하여 지향되는 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20a 또는 20b)을 형성하기 위해, 제공되는 이온빔(10)은 시간적으로, 비연속적으로 (주기적으로 또는 비주기적으로) 적어도 2번 편향(다수회 편향)된 다음, 시간적으로, 비연속적으로 (주기적으로 또는 비주기적으로) 그리고 회전하여 지향되는 바, 이러한 이온빔은 워크피스를 향해 시간적으로, 비연속적으로 (주기적으로 또는 비주기적으로) 그리고 회전하여 지향되고, 세로축(40) 주위에서 원뿔형으로 또는 원뿔형처럼 연장된 다음, 워크피스의 표면에 입사하여 충돌하고, 그 표면을 밀링한다.
제공되는 이온빔(10)을 다수회 편향시키고 원뿔형으로 또는 원뿔형처럼 회전하여 지향시키는 연속적인 타입과 비연속적인 타입의 시간적 (타이밍) 모드 또는 방식의 결합에 따르면, 시간적으로, 연속적으로, 비연속적으로 (주기적으로 또는 비주기적으로) 그리고 회전하여 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20a 또는 20b)을 형성하기 위해, 제공되는 이온빔(10)은 시간적으로, 연속적으로 그리고 비연속적으로 (주기적으로 또는 비주기적으로) 적어도 2번 편향(다수회 편향)된 다음, 시간적으로, 연속적으로, 비연속적으로 (주기적으로 또는 비주기적으로) 그리고 회전하여 지향되는 바, 이러한 이온빔은 워크피스를 향해 시간적으로, 연속적으로, 비연속적으로 (주기적으로 또는 비주기적으로) 그리고 회전하여 지향되고, 세로축(40) 주위에서 원뿔형으로 또는 원뿔형처럼 연장된 다음, 워크피스의 표면에 입사하여 충돌하고, 그 표면을 밀링한다.
제 2의 주요 (회전적으로 그리고 공간적으로 특징화되는) 예시적인 특정의 바람직한 실시예에 있어서, 회전하여 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20c)을 형성하기 위해, 제공되는 이온빔(10)은 적어도 2번 편향(다수회 편향)된 다음 회전하여 지향되는 바, 이러한 이온빔은 워크피스를 향해 회전하여 지향되고 세로축(40) 주위에서 '원통형으로' 연장된 다음, 워크피스의 표면에 입사하여 충돌하고, 그 표면을 밀링하며, 상기 제공되는 이온빔(10)은 세로축(40)과 동축이다.
제공되는 이온빔(10)을 다수회 편향시키고 원통형으로 회전하여 지향시키는 연속적인 타입의 시간적 (타이밍) 모드 또는 방식에 따르면, 시간적으로, 연속적으로 그리고 회전하여 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20c)을 형성하기 위해, 제공되는 이온빔(10)은 시간적으로 그리고 연속적으로 적어도 2번 편향(다수회 편향)된 다음, 시간적으로, 연속적으로 그리고 회전하여 지향되는 바, 이러한 이온빔은 워크피스를 향해 시간적으로, 연속적으로 그리고 회전하여 지향되고, 세로축(40) 주위에서 원통형으로 연장된 다음, 워크피스의 표면에 입사하여 충돌하고, 그 표면을 밀링한다.
제공되는 이온빔(10)을 다수회 편향시키고 원통형으로 회전하여 지향시키는 비연속적인 타입의 시간적 (타이밍) 모드 또는 방식에 따르면, 시간적으로, 비연속적으로 (주기적으로 또는 비주기적으로) 그리고 회전하여 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20c)을 형성하기 위해, 제공되는 이온빔(10)은 시간적으로, 비연속적으로 (주기적으로 또는 비주기적으로) 적어도 2번 편향(다수회 편향)된 다음, 시간적으로, 비연속적으로 (주기적으로 또는 비주기적으로) 그리고 회전하여 지향되는 바, 이러한 이온빔은 워크피스를 향해 시간적으로, 비연속적으로 (주기적으로 또는 비주기적으로) 그리고 회전하여 지향되고, 세로축(40) 주위에서 원통형으로 연장된 다음, 워크피스의 표면에 입사하여 충돌하고, 그 표면을 밀링한다.
제공되는 이온빔(10)을 다수회 편향시키고 원통형으로 회전하여 지향시키는 연속적인 타입과 비연속적인 타입의 시간적 (타이밍) 모드 또는 방식의 결합에 따르면, 시간적으로, 연속적으로, 비연속적으로 (주기적으로 또는 비주기적으로) 그리고 회전하여 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20c)을 형성하기 위해, 제공되는 이온빔(10)은 시간적으로, 연속적으로 그리고 비연속적으로 (주기적으로 또는 비주기적으로) 적어도 2번 편향(다수회 편향)된 다음, 시간적으로, 연속적으로, 비연속적으로 (주기적으로 또는 비주기적으로) 그리고 회전하여 지향되는 바, 이러한 이온빔은 워크피스를 향해 시간적으로, 연속적으로, 비연속적으로 (주기적으로 또는 비주기적으로) 그리고 회전하여 지향되고, 세로축(40) 주위에서 원통형으로 연장된 다음, 워크피스의 표면에 입사하여 충돌하고, 그 표면을 밀링한다.
도 2를 참조하면, 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키는 방법에 대한, 상기에서 예시적으로 설명한 2개(회전적으로 그리고 공간적으로 특징화되는) 주요한 예시적인 특정의 바람직한 실시예들 및 그 각각을 실시하는 3개의 시간적 (타이밍) 모드와 관련하여, 원뿔형으로 또는 원뿔형처럼 회전하여 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20a 또는 20b)은 세로축(40)(원(52)) 주위에서 시계 방향, 반시계 방향, 또는 시계 방향과 반시계 방향의 결합을 따른다.
또한, 세로축(40)(원(52)) 주위에서의, 원뿔형으로 또는 원뿔형처럼 회전하여 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20a 또는 20b)의 시계 방향, 반시계 방향, 또는 시계 방향과 반시계 방향의 결합은, 부분적인 회전, 즉 0o 이상 360o 미만, 또는/그리고 적어도 하나의 완전한 회전, 즉 360o 또는 그 이상을 따른다. 또한, 세로축(40)(원(52)) 주위에서의, 원뿔형으로 또는 원뿔형처럼 회전하여 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20a 또는 20b)의 이러한 부분적인 또는/그리고 완전한 회전은, 원뿔형 또는 원뿔형같은 회전 운동의 전후(back-and-forth) 록킹 타입을 따르거나, 또는/그리고 원뿔형 또는 원뿔형같은 회전 운동의 연속적 또는/그리고 비연속적(주기적, 비주기적 또는 펄스식) 발진 타입에 따른다. 부가적으로, 방금 전에 설명한 세로축(40)(원(52)) 주위에서의 시계 방향, 반시계 방향, 또는 시계 방향과 반시계 방향의 결합중 어느 하나의 회전 운동에 따른, 원뿔형으로 또는 원뿔형같이 회전하여 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20a 또는 20b)은 일반적으로 원 또는 타원으로서 투영된다.
원통형으로 회전하여 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20c)은 세로축(원(54)) 주위에서 시계 방향, 반시계 방향, 또는 시계 방향과 반시계 방향의 결합에 따른다. 또한, 원통형으로 회전하여 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20c)에 있어서, 세로축(40)은 제공되는 이온빔(10)과 동축이기 때문에, 세로축(40) 주위에서의 원통형으로 회전하여 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20c)의 시계 방향 또는 반시계 방향 회전은, 제공되는 이온빔(10) 주위에서의 그리고 그에 따라 원통형으로 회전하여 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20c) 주위에서의 원통형으로 회전하여 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20c)의 시계 방향 또는 반시계 방향 회전과 동등하다.
또한, 세로축(40)(원(54)) 주위에서의 원통형으로 회전하여 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20c)의 시계 방향, 반시계 방향, 또는 시계 방향과 반시계 방향의 결합은 부분적인 회전, 즉 0o 이상 360o 미만, 또는/그리고 적어도 하나의 완전한 회전, 즉 360o 또는 그 이상을 따른다. 또한, 세로축(40)(원(54)) 주위에서의, 원통형으로 회전하여 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20c)의 이러한 부분적인 또는/그리고 완전한 회전은, 원통형 회전 운동의 전후 록킹 타입을 따르거나, 또는/그리고 원통형 회전 운동의 연속적 또는/그리고 비연속적(주기적, 비주기적 또는 펄스식) 발진 타입에 따른다. 부가적으로, 방금 전에 설명한 세로축(40)(원(52)) 주위에서의 시계 방향, 반시계 방향, 또는 시계 방향과 반시계 방향의 결합중 어느 하나의 회전 운동에 따른, 원통형으로 회전하여 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20c)은 일반적으로 원으로서 투영된다.
지향되고 다수회 편향된 이온빔을 특징짓는 주요 파라미터들
도 2를 참조하면, 제공되는 이온빔(10)을 다수회 편향시켜 지향시키는, 특정의 선형 또는 회전적인 공간적(방향적, 방위적, 구성적)인 모드들 또는 방식들에 따라, 그리고 특정의 연속적인 또는 비연속적인 시간적 (타이밍) 모드들 또는 방식들에 따라, 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키는 방법에 대한 상기 예시적으로 설명된 서로 다른 예시적인 특정의 바람직한 실시예들에 있어서, 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20a, 20b 또는 20c)은 워크피스의 표면에 지향되고, 그 위에 입사되어 충돌하고, 그 표면을 밀링하는 바, 이와 같이 워크피스의 표면에 지향되고, 그 위에 입사하여 충돌하고, 표면을 밀링하는 동안, 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20a, 20b 또는 20c)을 특징화하는 데에는 다음의 주요파라미터들을 적용할 수 있다.
이온빔의 직경 또는 폭: 워크피스의 표면에 지향되고, 그 위에 입사하여 충돌하고, 표면을 밀링하는 동안, 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20a, 20b 또는 20c)의 직경 또는 폭. 워크피스의 이온빔 밀링의 브로드 이온빔(BIB) 타입에 있어서, 이온빔의 직경 또는 폭은 바람직하게는 약 30 미크론과 2000 미크론(2 밀리미터) 사이의 범위이며, 보다 바람직하게는 약 200 미크론과 1000 미크론(1 밀리미터) 사이의 범위이다. 워크피스의 이온빔 밀링의 포커싱된 이온빔(FIB) 타입에 있어서, 이온빔의 직경 또는 폭은 바람직하게는 약 5 나노미터와 약 100 나노미터 사이의 범위이다.
이온빔의 강도(에너지): 워크피스의 표면에 지향되고, 그 위에 입사하여 충돌하고, 표면을 밀링하는 동안, 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20a, 20b 또는 20c)의 강도(에너지). 바람직하게는, 약 0.5 keV(킬로-일렉트론 볼트)와 약 12 keV(킬로-일렉트론 볼트)의 범위이고, 보다 바람직하게는 약 1 keV와 약 10 keV 사이의 범위이다.
이온빔의 강도(에너지)의 1차 시간 도함수( derivative ): d(이온빔 강도 또는 에너지)/dt, 여기서 t는 시간을 나타낸다. 워크피스의 표면에 지향되고, 그 위에 입사하여 충돌하고, 표면을 밀링하는 동안, 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20a, 20b 또는 20c)의 강도(에너지)의 시간적인 변화율에 대응하는, 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20a, 20b 또는 20c)의 강도(에너지)의 시간에 따른 변화율.
이온빔의 강도(에너지)의 2차 시간 도함수: d2(이온빔 강도 또는 에너지)/dt2 여기서, t는 시간을 나타낸다. 워크피스의 표면에 지향되고, 그 위에 입사하여 충돌하고, 표면을 밀링하는 동안, 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20a, 20b 또는 20c)의 강도(에너지)의 시간 도함수의 시간적인 변화율에 대응하는, 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20a, 20b 또는 20c)의 강도(에너지)의 1차 도함수의 변화율.
이온빔의 전류 밀도 또는 유속( flux ): 워크피스의 표면에 지향되고, 그 위에 입사하여 충돌하고, 표면을 밀링하는 동안, 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20a, 20b 또는 20c)의 단위 단면적당 전류 단위로 표현되는, 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20a, 20b, 또는 20c)의 전류의 2차원 (면적) 밀도 또는 유속. 바람직하게는, 약 0.08 mA/cm2 (제곱 센티미터당 밀리 암페어)와 약 500 mA/cm2(제곱 센티미터당 밀리 암페어)의 범위이고, 보다 바람직하게는 약 0.1 mA/cm2 와 약 30 mA/cm2의 범위이다.
이온빔의 회전 각도 또는 각도 변위: 워크피스의 표면에 지향되고, 그 위에 입사하여 충돌하고, 표면을 밀링하는 동안, 세로축(40) 주위에서 회전하여 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20a, 20b 또는 20c)의 회전 각도 또는 각도 변위. 회전당 0o와 360o 사이의 범위이다.
이온빔의 회전 각도 또는 각도 변위의 1차 시간 도함수: d(이온빔의 회전 각도 또는 각도 변위)/dt, 여기서 t는 시간을 나타낸다. 워크피스의 표면에 지향되고, 그 위에 입사하여 충돌하고, 표면을 밀링하는 동안, 세로축(40) 주위에서 회전하여 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20a, 20b, 또는 20c)의 회전 각도 또는 각도 변위의 시간적인 변화율에 대응하는, 워크피스의 표면에 지향되고, 그 위에 입사하여 충돌하고, 표면을 밀링하는 동안, 시간에 따른, 세로축(40) 주위에서의 회전하여 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20a, 20b, 또는 20c)의 회전 각도 또는 각도 변위의 변화율.
이온빔의 회전 각도 또는 각도 변위의 2차 시간 도함수: d2(이온빔의 회전 각도 또는 각도 변위)/dt2, 여기서 t는 시간을 나타낸다. 워크피스의 표면에 지향되고, 그 위에 입사하여 충돌하고, 표면을 밀링하는 동안, 세로축(40) 주위에서 회전하여 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20a, 20b, 또는 20c)의 회전 각도 또는 각도 변위의 1차 도함수의 시간적인 변화율에 대응하는, 워크피스의 표면에 지향되고, 그 위에 입사하여 충돌하고, 표면을 밀링하는 동안, 시간에 따른, 세로축(40) 주위에서의 회전하여 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20a, 20b, 또는 20c)의 회전 각도 또는 각도 변위의 1차 도함수의 변화율.
이온빔의 방향, 경로 또는 궤도: 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20a, 20b 또는 20c)이 워크피스의 표면을 향해 지향되고, 그 위에 입사하여 충돌하고, 표면을 밀링하는 동안, 상기 예시적으로 설명한 바와 같은, 세로축(40)에 대한 제공되는 이온빔(10)의 특정의 선형 또는 (원뿔형 또는 원뿔형같은, 또는 원통형의) 회전적이고 공간적(방향적, 방위적, 구성적)인 모드들 또는 방식들에 대응하는, 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20a, 20b, 또는 20c)의 방향, 경로 또는 궤적.
상기 설명한 바와 같이, 본 발명의 다른 주요 양상은, 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키는 방법의 하위 결합으로서, 이에 의해, 제공되는 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키는 방법을 제공하는바, 이 방법은 하기의 주요 단계들, 컴포넌트들 및 그 기능들: 즉, 지향되고 다수회 편향된 이온빔을 형성하기 위해, 상기 제공된 이온빔을 지향시키고 적어도 2번 편향시키는 단계를 포함하고, 여기서 상기 제공된 이온빔을 지향시키고 적어도 2번 편향시키는 단계는, 상기 제공된 이온빔을 편향시켜 지향시킴으로써, 지향되는 1번 편향된 이온빔을 형성하고, 상기 지향되는 1번 편향된 이온빔을 편향시켜 지향시킴으로써, 지향되는 2번 편향된 이온빔을 형성하는 것을 포함하며, 상기 지향되는 2번 편향된 이온빔은 상기 지향되고 다수회 편향된 이온빔의 하나의 타입이다.
따라서, 도 2를 참조하여, 그리고 도 3, 4, 5, 8, 9 및 도 10을 부가적으로 참조하여, 제공되는 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키는 방법은, 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20a, 20b 또는 20c)을 형성하기 위해, 상기 제공된 이온빔(10)을 편향시켜 지향시킴으로써, (예를 들어, 도 3 및 8에서 16a 또는 16b로서 나타내고, 도 4, 5, 9 및 10에서는 16으로서 나타낸) 지향되는 1번 편향된 이온빔을 형성하고, 상기 지향되는 1번 편향된 이온빔(각각, 16a 또는 16b, 또는 16)을 편향시켜 지향시킴으로써, 지향되는 2번 편향된 이온빔을 형성함으로써, 상기 제공된 이온빔(10)을 지향시키고 적어도 2번 편향시키는 단계를 포함하고, 상기 지향되는 2번 편향된 이온빔은 상기 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20a, 20b 또는 20b)의 하나의 타입이다.
본 발명의 다른 주요 양상은, 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키기 위한 장치를 제공하는 것으로서, 이 장치는 하기의 주요 컴포넌트들 및 그 기능들: 이온빔을 제공하기 위한 이온빔 소스 어셈블리와; 그리고 지향되고 다수회 편향된 이온빔을 형성하기 위해, 상기 제공된 이온빔을 지향시키고 적어도 2번 편향시키는 이온빔 지향 및 다수회 편향 어셈블리를 포함하며, 상기 지향되고 다수회 편향된 이온빔은 상기 워크피스의 표면쪽으로 지향되고, 그 위에 입사되고 충돌하여, 밀링한다.
도 3은 도 2에 도시한 예시적인 바람직한 실시예의 측면도를 보다 상세하게 나타내는 개략도로서, 특히 이온빔 유닛(100)이 이온빔(10)을 2번 편향시키기 위한 이온빔 지향 및 다수회 편향 어셈블리(120)를 포함하는 장치의 예시적인 특정의 바람직한 실시예를 나타내고, 워크피스 이미징 및 밀링 검출 유닛(300)의 예시적인 특정의 바람직한 실시예를 나타낸다.
도 4는 도 2 및 3에 도시된 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향하고, 그 정도를 결정 및 제어하는 것의 측면도를 나타내는 개략도로서, 특히 장치의 컴포넌트 레벨 버전의 측면도를 보다 상세하게 보여주는바, 여기서 이온빔 유닛(100)은 이온빔(10)을 2번 편향시키도록 구성되어 이러한 기능을 하는 이온빔 지향 및 다수회 편향 어셈블리(120)를 포함한다.
제공되는 이온빔(10)을 다수회 편향시켜 지향시키는, 특정의 선형 또는 회전적인 공간적(방향적, 방위적, 구성적)인 모드들 또는 방식들에 따라, 그리고 특정의 연속적인 또는 비연속적인 시간적 (타이밍) 모드들 또는 방식들에 따라, 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키는 방법의 서로 다른 예시적인 특정의 바람직한 실시예들에 대한 상기의 예시적인 설명-여기서, 지향되는 다수회 편향 이온빔(20a, 20b 또는 20c)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 워크피스의 표면을 향해 지향되고, 그 위에 입사하여 충돌하고, 표면을 밀링한다-은, 일반적으로 도 3 및 도 4에 도시한 장치인 이온빔 유닛(100)을 예시적으로 설명하는 데에 적용할 수 있으며, 이온빔 유닛(100)은 제공되는 이온빔(10)을, 특히 2번 편향시키기 위한 이온빔 지향 및 다수회 편향 어셈블리(120)를 포함한다.
따라서, 도 2, 3 및 4에 도시된 바와 같이, 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키기 위한 장치인, 이온빔 유닛(100)은 하기의 주요 컴포넌트들 및 그 기능들: 이온빔(10)을 제공하기 위한 이온빔 소스 어셈블리(110)와; 그리고 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20a 또는 20b)(도 2 및 3; 도 4에서는 일반적으로 20으로 나타냄)을 형성하기 위해, 상기 제공된 이온빔(10)을 지향시키고 적어도 2번 편향시키는 이온빔 지향 및 다수회 편향 어셈블리를 포함하며, 상기 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20a 또는 20b)(도 2 및 3; 도 4에서는 20)은 상기 워크피스의 표면쪽으로 지향되고, 그 위에 입사되고 충돌하여, 밀링한다.
전술한 바와 같이, 이온빔 소스 어셈블리(110)는 이온빔(10)을 제공한다. 일반적으로, 이온빔 소스 어셈블리(110)는, 예를 들어 비-이온화된(non-ionized) 입자 공급 어셈블리(112)에 의해 이온빔 소스 어셈블리(110)에 공급되는 비-이온화된 입자 공급을 이온화함으로써 이온빔(10)을 생성한다. 일반적으로, 비-이온화된 입자 공급 어셈블리(112)는 이온빔 소스 어셈블리(110)로부터 분리되거나 또는 이온빔 소스 어셈블리(110)와 일체형으로 된다. 바람직하게는, 비-이온화된 입자 공급 어셈블리(112)는, 예를 들어 도 3 및 4에 도시한 바와 같이, 이온빔 소스 어셈블리(110)로부터 분리되어 그에 동작가능하게 결합된다.
일반적으로, 비-이온화된 입자 공급은, 본질적으로 이온화될 수 있으며 그에 따라 이온화된 형태로 워크피스를 밀링할 수 있는 임의의 타입 및 위상의 화학 물질이다. 바람직하게는, 비-이온화된 입자 공급은 가스 및 액체 금속으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. 비-이온화된 입자 공급의 예시적인 가스 타입은 아르곤 또는 크세논 등의 비활성 가스이다. 비-이온화된 입자 공급의 예시적인 액체 금속 타입은 액체 갈륨이다.
본 발명의 장치, 즉 이온빔 유닛(100)은 워크피스의 브로드 이온빔(BIB) 타입의 밀링, 또는 대안적으로는 워크피스의 포커싱된 이온빔(FIB) 타입의 밀링을 수행하는 데에 이용된다. 따라서, 본 발명의 장치, 즉 이온빔 유닛(100)을 브로드 이온빔(BIB) 타입의 밀링으로 실시하는 경우, 비-이온화된 입자 공급은 아르곤 또는 크세논 등의 비활성 가스이다. 대안적으로, 본 발명의 장치, 즉 이온빔 유닛(100)을 포커싱된 이온빔(FIB) 타입의 밀링으로 실시하는 경우, 비-이온화된 입자 공급은 액체 금속 타입의 비-이온화된 입자 공급, 특히 특히 액체 갈륨이다. 바람직하게는, 비-이온화된 입자 공급(112)은, 워크피스를 이온빔 밀링하는 동안, 워크피스의 표면 상에서의 그리고 그 표면 내의 인공물(artifact)의 발생을 방지하거나 최소화함으로써, 밀링되는 표면의 품질을 개선하는 아르곤 또는 크세논 등의 비활성 가스이다.
일반적으로, 이온빔 유닛(100)에 있어서, 이온빔 소스 어셈블리(110)는 다양한 다른 타입이 될 수 있다. 예를 들어, 이온빔 소스 어셈블리(110)는 듀오플라즈마트론(duoplasmatron)(BIB) 타입의 이온빔 소스 어셈블리이거나, 대안적으로는 전자 충격(BIB) 타입의 이온빔 소스 어셈블리이며, 여기서 각각의 비-이온화된 입자 공급(112)은 아르곤 또는 크세논 등의 비활성 가스이다.
도 5는 도 2, 3 및 4에 도시된 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키는 것의 투시도를 나타내는 개략도로서, 특히 이온빔을 2번 편향시키도록 구성되어 이러한 기능을 하는, 이온빔 유닛(100)의 이온빔 지향 및 다수회 편향 어셈블리(110)에 포함되는 제 1 이온빔 편향 어셈블리(122) 및 제 2 이온빔 편향 어셈블리(124) 각각의 예시적인 특정의 바람직한 실시예를 나타낸다.
도 2, 3, 4 및 도 5를 참조하여, 이온빔 지향 및 다수회 편향 어셈블리(120)는 제공되는 이온빔(10)을 지향시키고 적어도 2번 편향시킴으로써, 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20a 또는 20b)(도 2 및 3; 도 4 및 5에서는 20)을 형성하는 바, 여기서 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20a 또는 20b)(도 2 및 3; 도 4 및 5에서는 20)은 워크피스의 표면을 향해 지향되고, 그 위에 입사하여 충돌하고, 표면을 밀링한다.
이온빔 지향 및 다수회 편향 어셈블리(120)는 하기의 주요 컴포넌트들 및 그 기능들: 제공되는 이온빔(10)을 편향시켜 지향시킴으로써, 지향되는 1번 편향 이온빔(16a 또는 16b)(도 3; 도 4 및 5에서는 16)을 형성하는 제 1 이온빔 편향 어셈블리(122)와; 그리고 지향되는 1번 편향된 이온빔(16a, 또는 16b)(도 3; 도 4 및 5에서는 16)을 편향시켜 지향시킴으로써, 지향되는 2번 편향된 이온빔(20a 또는 20b)(도 2 및 3; 도 4 및 5에서는 20)을 형성하는 제 2 이온빔 편향 어셈블리(124)를 구비하며, 여기서 상기 지향되는 2번 편향된 이온빔은 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20a 또는 20b)(도 2 및 3; 도 4 및 도 5에서는 20)의 하나의 타입이다.
일반적으로, 제 1 이온빔 편향 어셈블리(122)는, 바람직하게는 대칭적으로 위치하는 두 쌍의 정전기판(electrostatic plate)들 또는 전극들의 세트를 구비하는 바, 여기서 각 쌍의 정전기판들 또는 전극들은 소정의 분리 간격으로 분리된다. 예를 들어, 도 4 및 5를 참조하여, 제 1 이온빔 편향 어셈블리(122)는 바람직하게는 대칭적으로 위치하는 두 쌍의 정전기판들 또는 전극들의 세트, 즉 대칭적으로 위치하는 제 1 쌍의 정전기판들 또는 전극들(122a) 및 대칭적으로 위치하는 제 2 쌍의 정전기판들 또는 전극들(122b)을 포함하는 바, 여기서 각 쌍의 정전기판들 또는 전극들은 분리 간격으로 분리된다.
제 1 이온빔 편향 어셈블리(122)에 있어서, 각 쌍의 정전기판들 또는 전극들, 즉 제 1 쌍의 정전기판들 또는 전극들(122a) 및 제 2 쌍의 정전기판들 또는 전극들(122b)에는, 특히 도 4에 도시한 바와 같이, 동작가능하게 결합된 전원(power supply), 예를 들어 P1 및 P2에 의해 제공되는 전압이 공급된다. 제 1 이온빔 편향 어셈블리(122)가 동작하는 동안, 전원(P1)에 의해 제 1 쌍의 정전기판들 또는 전극들(122a) 및 전원(P2)에 의해 제 2 쌍의 정전기판들 또는 전극들(122b)에 공급되는 전압의 크기는, 지향되는 1번 편향된 이온빔(16a, 또는 16b)(도 3; 도 4 및 도 5에서는 16)을 형성하기 위해, 세로축(40)에 대해, 제공되는 이온빔(10)(일반적으로 그리고 바람직하게는, 지향되는 포커싱된 이온빔(14))을 공간적으로 (선형적으로 그리고 회전하여) 편향시키는 정도를 결정한다.
제 1 이온빔 편향 어셈블리(122)의 중요한 동작 목적은, 제공되는 이온빔(10)(일반적으로 그리고 바람직하게는, 지향되는 포커싱된 이온빔(14))을 제 2 이온빔 편향 어셈블리(124)의 전극내 공간(inter-electrode space) 내로, 최적으로 공간적으로(선형으로 또는/그리고 회전하여) 그리고 시간적으로(연속적으로 또는/그리고 비연속적으로) 편향시켜 지향시키는 것이다.
도 4를 참조하면, 제 1 이온빔 편향 어셈블리(122)는 제공되는 이온빔(10)(일반적으로 그리고 바람직하게는, 지향되는 포커싱된 이온빔(14))을 세로축(40)에 대해 편향각(여기에서는 θD라 함)에 따라 편향시킨다. 이것은, 특히 도 4에 도시하였는 바, 지향되는 포커싱된 이온빔(14)이 들어가고, 편향각(θD)에 따라 편향되고, 지향되는 1번 편향된 이온빔(16)의 형태로 제 1 이온빔 편향 어셈블리(122)를 빠져나온다.
일반적으로, 제 2 이온빔 편향 어셈블리(124)는, 2개의 (내부 및 외부의) 대칭적으로 그리고 동심으로 위치되고 구형 또는 타원형으로 형상화되거나 구성되는 정전기판들 또는 전극들의 세트를 포함하는 바, 이러한 정전기판들 또는 전극들은 소정의 분리 거리로 균일하게(즉, 원주에) 분리되어 있다. 예를 들어, 도 4 및 도 5를 참조하면, 제 2 이온빔 편향 어셈블리(124)는 한 세트의 2개의 대칭적으로 그리고 동심으로 위치되고 구형으로 또는 타원형으로 형상화되거나 구성되는 정전기판들 또는 전극들, 즉 대칭적으로 위치되고 구형으로 또는 타원형으로 형상화되거나 구성되는 내부의 정전기판 또는 전극(124a) 대칭적으로 위치되고 구형으로 또는 타원형으로 형상화되거나 구성되는 외부의 정전기판 또는 전극(124b)을 포함하는 바, 이러한 정전기판들 또는 전극들은 분리 거리만큼 분리되어 있다.
제 2 이온빔 편향 어셈블리(124)에서, 각각의 정전기판 또는 전극, 즉 내부의 정전기판 또는 전극(124a) 및 외부의 정전기판 또는 전극(124b)에는 동작가능하게 결합된 지정된 전원, 예를 들어 특히 도 4에 각각 도시된 P3 및 P4에 의해 제공되는 전압이 공급된다. 제 2 이온빔 편향 어셈블리(124)가 동작하는 동안, 전원(P3)에 의해 내부의 정전기판 또는 전극(124a)에 공급되는 전압의 크기 및 전원(P4)에 의해 외부의 정전기판 또는 전극(124b)에 공급되는 전압의 크기는, 각각 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20a 또는 20b)(도 2 및 3; 도 4 및 5에서는 20)의 하나의 타입인, 지향되는 2번 편향된 이온빔(20a 또는 20b)(도 2 및 3; 도 4 및 도 5에서는 20)을 형성하기 위해, 지향되는 1번 편향된 이온빔(16a 또는 16b)(도 3; 도 4 및 도 5에서는 16)을 세로축(40)에 대해 공간적으로(선형적으로 그리고 회전하여) 편향시키는 정도를 결정한다.
제 2 이온빔 편향 어셈블리(124)의 중요한 동작 목적은, 지향되는 1번 편향된 이온빔(16a 또는 16b)(도 3; 도 4 및 5에서는 16)을, 다수회 편향된 이온빔(각각, 20a 또는 20b)인 지향되는 2번 편향된 이온빔(20a 또는 20b)(도 2 및 3; 도 4 및 5에서는 20) 형태로, 최적으로 공간적으로(선형으로 및/또는 회전적으로) 및 시간적으로(연속적으로 및/또는 불연속적으로) 편향시켜 지향시킴으로써, 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20a 또는 20b)인 지향되는 2번 편향된 이온빔(20a 또는 20b)이 워크피스 표면을 향해 지향되고, 그 위에 입사하여 충돌하고, 표면을 밀링할 수 있게 하는 것이다.
도 4를 참조하면, 제 2 이온빔 편향 어셈블리(124)는 워크피스 표면 상에, 입사각, 여기서는 θI라 칭하는 입사각에 따라, 지향되는 1번 편향된 이온빔(16)을 세로축(40)에 대해 편향시키는 바, 여기서 각각 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20a 또는 20b)인 지향되는 2번 편향된 이온빔(20a 또는 20b)은 워크피스 표면을 향해 지향되고, 그 위에 입사하여 충돌하고, 표면을 밀링한다. 각각 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20a 또는 20b)인 지향되는 2번 편향된 이온빔(20a 또는 20b)의 워크피스의 표면 상에서의 그리고 세로축(40)에 대한 최대 입사각(θI)은 바람직하게는 약 0o 내지 90o의 범위, 보다 바람직하게는 약 0o내지 약 30o의 범위이다.
도 4에 도시한 바와 같이, αD:(90-θD)는 제 2 이온빔 편향 어셈블리(124)의 내부의 정전기판 또는 전극(124a)의 정점(apex)에서 반각에 대응하고, αI:(90-θI)는 워크피스를 향하고 있는 제 2 이온빔 편향 어셈블리(124)의 제 2 정전기판 또는 전극(124b)의 정점에서 반각에 대응한다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 이온빔 유닛(100)에서, 이온빔 지향 및 다수회 편향 어셈블리(120)는 바람직하게는, 지향되는 포커싱된 이온빔(14)을 형성하기 위해, 제공된 이온빔(10)을 포커싱하여 지향시키는 이온빔 포커싱 어셈블리(126)를 더 포함한다. 도 4를 참조하면, 이온빔 포커싱 어셈블리(126)는 주요 컴포넌트들로서, 제 1 정전기 렌즈(132), 제 2 정전기 렌즈(134) 및 애퍼추어(aperture)(136)를 포함한다.
제 1 정전기 렌즈(132)는 이온빔 소스 어셈블리(110)에 의해 제공되는 이온빔(10)을 예비적으로 포커싱하기 위한 것이다. 제 1 정전기 렌즈(132)에는, 동작가능하게 결합된 지정된 전원, 예를 들어 특히 도 4에 도시한 P5에 의해 제공되는 전압이 공급된다.
또한, 제 2 정전기 렌즈(134)는 이온빔 소스 어셈블리(110)에 의해 제공되는 이온빔(10)을 제 1 이온빔 편향 어셈블리(122)의 제 1 쌍의 정전기판들 또는 전극들(122a)과 제 2 쌍의 정전기판들 또는 전극들(122b) 간의 전극간 공간에 포커싱하여 지향시키기 위한 것이다. 제 2 정전기 렌즈(134)에는 동작가능하게 결합된 지정된 전원, 예를 들어 특히 도 4에 도시한 P6에 의해 제공되는 전압이 공급된다.
애퍼추어(136)는 이온빔 소스 어셈블리(110)에 의해 제공되는 이온빔(10)의 직경을 제한 또는 한정하기 위한 것이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 이온빔 유닛(100)의 이온빔 지향 및 다수회 편향 어셈블리(120)에 있어서, 이온빔 포커싱 어셈블리(126)는 선택적으로 그리고 바람직하게는, 제공되는 이온빔(10)이 고도의 정확도로 세로축(40)과의 동축을 유지하도록, 제공되는 이온빔(10)을 세로축(40)[즉, (z = 0 도메인에서) x 축]의 방향으로 그리고 이 방향을 따라 편향시키는 이온빔 편향 서브 어셈블리(128)에 동작가능하게 결합되거나, 또는 이러한 이온빔 편향 서브 어셈블리(128)를 추가적으로 포함한다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 이온빔 유닛(100)에서, 이온빔 지향 및 다수회 편향 어셈블리(120)는 바람직하게는 지향되는 추출된 이온빔(12)을 형성하기 위해, 이온빔 소스 어셈블리(110)에 의해 제공되는 이온빔(10)을 추출하여 지향시키는 이온빔 추출 어셈블리(ion beam extractor assembly)(130)를 더 포함한다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 이온빔 유닛(100)에서, 이온빔 지향 및 다수회 편향 어셈블리(120)는 바람직하게는 이온빔 진공 챔버 어셈블리(150)를 더 포함하는 바, 이것은 이온빔 지향 및 다수회 편향 어셈블리(120)의 각종 어셈블리들, 서브 어셈블리들, 컴포넌트들 및 및 요소들을 하우징하고, 도 11, 12 및 13을 참조하여 후술하는 바와 같이, 진공 유닛, 특히 시스템(70)의 진공 유닛(200)의 진공 챔버 어셈블리(210)에 동작가능하게 접속될 때 이온빔 유닛(100)의 진공 환경을 유지할 수 있게 한다.
도 5는 도 2, 3 및 4에 도시된 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키는 것의 투시도를 나타내는 개략도로서, 특히 이온빔(10)을 2번 편향시키도록 구성되어 이러한 기능을 하는, 이온빔 유닛(100)의 이온빔 지향 및 다수회 편향 어셈블리(120)에 포함되는 제 1 이온빔 편향 어셈블리(122) 및 제 2 이온빔 편향 어셈블리(124) 각각의 예시적인 특정의 바람직한 실시예를 나타낸다.
도 6a-6e는 세로축(40) 주위로 0o 내지 360o 범위로 회전하고, 워크피스의 표면쪽으로 지향되고, 그 위로 입사되어 충돌하고, 밀링하는, 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20)중에서 지향되는 2회 편향된 이온빔 형태에 해당하는, 제 1 이온빔 편향 어셈블리(122) 및 제 2 이온빔 편향 어셈블리(124a 및 124b)에 의해 워크피스와 동축의 임의로 할당되는 세로축(40)에 대해 지향되고 다수회 편향되는 이온빔의 회전 (각도) 시퀀스의 투시도를 나타내는 개략도들이다.
도 7a는 (일반적으로 직사각형 슬래브 형상의) 제 1 타입의 예시적인 워크피스의 표면쪽으로 지향되고, 그 위에 입사하고 충돌하여, 표면을 밀링하는, 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20)(2번 편향) 또는 이온빔(22)(3번 편향)을 클로즈업한 투시도를 나타내는 개략도로서, 특히 이온빔(20 또는 22), 표면 및 워크피스의 상대적인 지오미트리 및 치수를 보여준다. 도 7b는 (예를 들어 도 1에 나타낸 것과 유사한, (마스크 요소)를 갖는 표면이 샘플 홀더 요소에 의해 받쳐지는 반도체 웨이퍼 또는 칩의 일부의 전형적인 샘플의) 제 2 타입의 예시적인 워크피스의 표면쪽으로 지향되고, 그 위에 입사하고 충돌하여, 표면을 밀링하는, 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20)(2번 편향) 또는 이온빔(22)(3번 편향)을 클로즈업한 투시도를 나타내는 개략도로서, 특히 이온빔(20 또는 22), 표면 및 워크피스의 상대적인 지오미트리 및 치수를 보여준다. 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20)(2번 편향) 또는 이온빔(22)(3회 편향)의 직경(d)은 바람직하게는 30 미크론 내지 약 2000 미크론 (2mm)의 범위이고, 보다 바람직하게는 약 200 미크론 내지 약 1 000미크론 (1mm)의 범위이다.
도 8은 도 2에 도시된 예시적인 바람직한 실시예의 보다 상세화된 측면도를 나타내는 개략도로서, 특히 이온빔(10)을 3번 편향시키기 위한 이온빔 지향 및 다수회 편향 어셈블리(120)를 포함하는 이온빔 유닛(100)의 예시적인 특정의 바람직한 실시예를 나타내고, 워크피스 이미징 및 밀링 검출 유닛(300)의 예시적인 특정의 바람직한 실시예를 나타낸다.
제공되는 이온빔(10)을 다수회 편향시켜 지향시키는, 특정의 선형 또는 회전적인 공간적(방향적, 방위적, 구성적)인 모드들 또는 방식들에 따라, 그리고 특정의 연속적인 또는 비연속적인 시간적 (타이밍) 모드들 또는 방식들에 따라, 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키는 방법의 서로 다른 예시적인 특정의 바람직한 실시예들에 대한 상기의 예시적인 설명-여기서, 지향되는 다수회 편향 이온빔(20a, 20b 또는 20c)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 워크피스의 표면을 향해 지향되고, 그 위에 입사하여 충돌하고, 표면을 밀링한다-은, 일반적으로 도 8에 도시한 장치인 이온빔 유닛(100)을 예시적으로 설명하는 데에 적용할 수 있으며, 이온빔 유닛(100)은 제공되는 이온빔(10)을, 특히 3번 편향시키기 위한 이온빔 지향 및 다수회 편향 어셈블리(120)를 포함한다.
도 9는 도 2 및 8에 도시된 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향하고, 그 정도를 결정 및 제어하는 것의 측면도를 나타내는 개략도로서, 특히 이온빔(10)을 3번 편향시키도록 구성되어 이러한 기능을 하는 이온빔 지향 및 다수회 편향 어셈블리(120)를 포함하는 이온빔 유닛(100)의 보다 상세화된 컴포넌트 레벨의 측면도를 나타낸다.
도 10은 도 2, 8 및 9에 도시된 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키는 것의 투시도를 나타내는 개략도로서, 특히 이온빔을 3번 편향시키도록 구성되어 이러한 기능을 하는, 이온빔 유닛(100)의 이온빔 지향 및 다수회 편향 어셈블리(120)에 포함되는 제 1 이온빔 편향 어셈블리(122), 제 2 이온빔 편향 어셈블리(124) 및 제 3 이온빔 편향 어셈블리(140) 각각의 예시적인 특정의 바람직한 실시예를 나타낸다.
본 발명의 다른 주요 양상은, 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키기 위한 장치의 하위 결합으로서, 이에 의해, 제공되는 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키기 위한 장치가 제공되는바, 이 장치는: 지향되고 다수회 편향된 이온빔을 형성하기 위해, 상기 제공된 이온빔을 지향시키고 적어도 2번 편향시키는 이온빔 지향 및 다수회 편향 어셈블리를 포함하며, 상기 이온빔 지향 및 다수회 편향 어셈블리는, 지향되는 1번 편향된 이온빔을 형성하기 위해, 상기 제공된 이온빔을 편향시켜 지향시키는 제 1 이온빔 편향 어셈블리와; 그리고 상기 지향되고 다수회 편향된 이온빔의 하나의 타입인 지향되는 2번 편향된 이온빔을 형성하기 위해, 상기 지향되는 1번 편향된 이온빔을 편향시켜 지향시키는 제 2 이온빔 편향 어셈블리를 포함한다.
본 발명의 다른 주요 양상은, 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키기 위한 시스템을 제공하는 것으로서, 이 시스템은 하기의 주요 컴포넌트들: 이온빔 유닛 및 진공 유닛을 포함하며, 상기 이온빔 유닛은 이온빔을 제공하기 위한 이온빔 소스 어셈블리와; 그리고 지향되고 다수회 편향된 이온빔을 형성하기 위해, 상기 제공된 이온빔을 지향시키고 적어도 2번 편향시키는 이온빔 지향 및 다수회 편향 어셈블리를 포함하며, 상기 지향되고 다수회 편향된 이온빔은 상기 워크피스의 표면쪽으로 지향되고, 그 위에 입사되고 충돌하여, 밀링하며; 그리고 상기 진공 유닛은 상기 이온빔 유닛에 동작가능하게 결합되어, 상기 워크피스 및 상기 이온빔 유닛에 대한 진공 환경을 제공 및 유지한다.
바람직하게는, 상기 진공 유닛은 상기 워크피스를 포함한다. 보다 구체적으로, 워크피스는, 예를 들어 워크피스 조작 및 위치결정 유닛에 워크피스를 동작가능하게 결합시킴으로써, 지향되고 다수회 편향된 이온빔에 대해 그리고 진공 유닛의 진공 챔버 어셈블리에 대해, 정지된 (정적인 또는 고정된) 구성 또는 이동가능한 구성 뿐 아니라, 착탈가능한 구성으로, 진공 유닛의 진공 챔버 어셈블리 내에 포함되는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 상기 시스템은, 상기 이온빔 유닛 및 상기 진공 유닛에 동작가능하게 결합되어, 상기 이온빔 유닛 및 상기 진공 유닛에 전자공학 장치를 제공하고 그 공정 제어를 가능하게 하는 전자공학 및 공정 제어 유틸리티들을 더 포함한다. 선택적으로, 그리고 바람직하게는, 상기 시스템은 워크피스 이미징 및 밀링 검출 유닛, 워크피스 조작 및 위치결정 유닛, 진동 방지 유닛, 컴포넌트 이미징 유닛 및 워크피스 분석 유닛으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 적어도 1개의 부가 유닛을 더 포함하고, 상기 각각의 부가 유닛은 상기 진공 유닛에 동작가능하게 결합된다. 바람직하게는, 상기 전자공학 및 공정 제어 유틸리티들은 각각의 부가 유닛에도 동작가능하게 결합되어, 이온빔 유닛 및 진공 유닛과 동작가능하게 통합되는 방식으로, 각각의 부가 유닛에 전자공학 장치를 제공하고 그 공정 제어를 가능하게 한다.
도 11은 주요 컴포넌트들로서, 상기에서 예시적으로 설명한 이온빔 유닛(100) 및 진공 유닛(200)을 포함하는, 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키기 위한 시스템(일반적으로 시스템(70)이라 칭해짐)의 예시적인 바람직한 실시예를 나타내는 블록도이다. 바람직하게는, 진공 유닛(200)은 워크피스를 포함한다. 도 12는 도 11에 나타낸, 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키기 위한 시스템(70) 및 그 부가 유닛들의 투시도를 나타내는 (아이소메트릭) 개략도이다. 도 13은 도 11 및 12에 도시된 시스템(70)의 평면도를 나타내는 (아이소메트릭) 개략도이다.
도 11, 도 12, 도 13에 도시한 시스템(70)에서, 도 2 내지 10을 참조하여 상기에서 예시적으로 설명한 이온빔 유닛(100)은 이온빔(10)을 제공하기 위한 이온빔 소스 어셈블리(110)와, 그리고 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20)을 형성하기 위해, 제공된 이온빔(10)을 지향시키고 적어도 2번 편향시키는 이온빔 지향 및 다수회 편향 어셈블리(120)를 포함하고, 여기서 상기 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20)은 워크피스 표면을 향해 지향되고, 그 위에 입사하여 충돌하고, 표면을 밀링한다. 진공 유닛(200)은, 이온빔 유닛(100) 및 워크피스에 진공 환경을 제공하고 유지하기 위해 이온빔 유닛(100)에 동작가능하게 결합된다. 바람직하게는, 도 11, 12 및 13에 도시한 바와 같이, 시스템(70)은 이온빔 유닛(100) 및 진공 유닛(200)에 전자공학 장치를 제공하여 이들의 공정 제어를 가능하게 하기 위해, 이온빔 유닛(100) 및 진공 유닛(200)에 동작가능하게 결합되는 전자공학 및 공정 제어 유틸리티들(800)(예를 들어, 도 11에서, 이온빔 유닛(100) 및 진공 유닛(200)의 동작 접속을 가로지르는 보다 큰 타원으로 표시됨)을 더 포함한다.
선택적으로, 그리고 바람직하게는, 상기 시스템(70)은 워크피스 이미징 및 밀링 검출 유닛(300), 워크피스 조작 및 위치결정 유닛(400), 진동 방지 유닛(500), 컴포넌트 이미징 유닛(600) 및 적어도 1개의 워크피스 분석 유닛(700)으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 적어도 1개의 부가 유닛을 더 포함하고, 상기 각각의 부가 유닛은 상기 진공 유닛(200)에 동작가능하게 결합된다. 바람직하게는, 전자공학 장치 및 공정 제어 유틸리티들(800) 역시, 이온빔 유닛(100) 및 진공 유닛(200)과 동작가능하게 일체화된 방식으로, 각 부가 유닛에 전자공학 장치를 제공하고 그 공정 제어를 가능하게 하기 위해 각 부가 유닛에 동작가능하게 결합된다.
따라서, 본 발명은 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향하기 위한 시스템, 즉 시스템(70)의 여러 대안적인 특정의 예시적인 바람직한 실시예들을 제공한다.
비제한적으로, 도 12 및 도 13에 도시한 바와 같이, 시스템(70)의 몇 개의 유닛들 또는 그 컴포넌트들은, 적합하게 구성된 지지 요소들, 레그들, 브라켓(bracket)들, 및 휠과 같은 이동 요소들을 포함하는, 고정된 또는 가동 테이블, 스탠드 또는 프레임 타입의 시스템 지지 어셈블리(900)에 직접 실장되어 동작가능하게 결합되고, 그외 다른 시스템 유닛들 또는 그 컴포넌트들은 시스템 지지 어셈블리(900)에 직접 실장되는 시스템 유닛들 또는 그 컴포넌트들에 실장된다.
상기 설명한 바와 같이, 도 11, 도 12 및 도 13을 참조하여, 시스템(70)에 있어서, 워크피스를 포함하는 진공 유닛(200)은 이온빔 유닛(100)에 동작가능하게 결합되어 이온빔 유닛(100) 및 워크피스에 대해 진공 환경을 제공하고 유지하는 것이 바람직하다. 진공 유닛(200)은 또한 시스템(70)의 선택적인 부가 유닛들 뿐 아니라, 이온빔 유닛(100) 및 워크피스의 전체적인 구조물 또는 하우징으로서 기능한다.
진공 유닛(200)의 기능 및 동작에 관하여, 진공 유닛(200)은 다음의 주요 컴포넌트들: 진공 챔버 어셈블리(210), 워크피스 삽입/제거 어셈블리(work piece inserting/removing assembly)(220), 진공 게이지 어셈블리, 프리-펌프 어셈블리, 고진공 펌프 어셈블리 및 진공 분배 어셈블리를 포함한다.
이온빔 유닛(100) 및 워크피스 이미징 및 밀링 검출 유닛(300)에 관련하여, 그리고 도 12에서, 다양한 시스템 유닛들에 관련하여, 특히 도 2, 3, 4, 8, 9에 도시한 진공 챔버 어셈블리(210)는 시스템(70)의 이온빔 유닛(100)과 그 컴포넌트들, 그리고 다양한 가능한 선택적인 부가 유닛들 및 그 컴포넌트들에 대한 진공 환경을 제공하는 구조로서 기능한다. 또한, 진공 챔버 어셈블리(210)는 시스템(70)의 이온빔 유닛(100)과 그 컴포넌트들, 그리고 다양한 가능한 선택적인 부가 유닛들 및 그 컴포넌트들의 전체적인 구조 또는 하우징으로서 기능한다. 예를 들어, 바람직하게는, 워크피스는, 예를 들어 워크피스 조작 및 위치결정 유닛(400)에 워크피스를 동작가능하게 결합시킴으로써, 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20)에 대해서 그리고 진공 유닛(200)의 진공 챔버 어셈블리(210)에 대해, 정지된(정적인 또는 고정된) 구성, 이동가능한 구성, 또는 착탈가능한 구성으로, 진공 유닛(200)의 진공 챔버 어셈블리(210) 내에 포함된다.
진공 챔버 어셈블리(210)는 시스템(70)의 전체적인 진공 환경의 위치이다. 진공 챔버 어셈블리(210)는 이온빔 유닛(100)에, 그리고 시스템(70)의 각각의 선택적인 부가 유닛으로서, 예를 들어 워크피스 이미징 및 밀링 검출 유닛(300), 워크피스 조작 및 위치결정 유닛(400), 진동 방지 유닛(500), 컴포넌트 이미징 유닛(600) 및 적어도 1개의 워크피스 분석 유닛(700)에 동작가능하게 결합된다. 진공 챔버 어셈블리(210)는 워크피스 삽입/제거 어셈블리(220) 및 진공 게이지 어셈블리를 하우징한다. 그외 어셈블리들, 즉 진공 유닛(200)의 진공 게이지 어셈블리, 프리-펌프 어셈블리, 고진공 펌프 어셈블리 및 진공 분배 어셈블리는 시스템(70) 전체를 통해 서로 다른 다양한 위치들에 배치되고, 진공 챔버 어셈블리(210)에 동작가능하게 결합된다.
워크피스 삽입/제거 어셈블리(220)(예를 들어, 도 12에 부분적으로 도시함)는, 예를 들어 워크피스 조작 및 위치결정 유닛(400)(도 15)에 의해, 워크피스를 진공 챔버 어셈블리(210)에 삽입하고 진공 챔버 어셈블리(210)로부터 워크피스를 제거할 수 있게 하는 기능을 한다. 워크피스 삽입/제거 어셈블리(220)의 제 1의 특정 실시예는, 진공 챔버 어셈블리(210)에 워크피스 삽입시에 또는 진공 챔버 어셈블리(210)로부터 워크피스 제거시에 동작하는 밀봉된 셔터 또는 셔터형 요소(sealed shutter or shutter-like element)의 형태를 갖는다. 워크피스 삽입/제거 어셈블리(220)의 제 2의 특정 실시예는 에어 로크(air lock) 형태이다.
워크피스 조작 및 위치결정 유닛(400)을 포함하는 시스템(70)의 바람직한 실시예에서, 예를 들어 에어 로크 형태의 워크피스 삽입/제거 어셈블리(220)는 워크피스 조작 및 위치결정 유닛(400)에 의해, 워크피스를 진공 챔버 어셈블리(210)에 삽입할 때 또는 워크피스를 진공 챔버 어셈블리(210)로부터 제거할 때, 진공 유닛(200)의 진공 챔버 어셈블리(210) 전체에 존재하는 진공 환경을 보전하는 기능을 한다. 이러한 워크피스 삽입/제거 어셈블리(220)는 전형적으로 주요 컴포넌트들로서 챔버 및 연결 밸브를 포함한다.
도 15를 참조하면, 이러한 실시예에서, 챔버는 워크피스 홀더 어셈블리(420)에 워크피스 로딩, 또는 워크피스 홀더 어셈블리(420)로부터 워크피스 언로딩이 행해지는 공간의 체적 또는 영역으로서 기능한다. 챔버의 내부 환경은, 워크피스 홀더 어셈블리(420)에 워크피스를 로딩하거나, 워크피스 홀더 어셈블리(420)로부터 워크피스를 언로딩하는 실제 단계에 의존하여, 대기압 또는 진공이 된다. 워크피스 조작 및 위치결정 유닛(400)을 포함하는 시스템(70)의 바람직한 실시예에서, 예를 들어 워크피스 조작 및 위치결정 유닛(400)의 5-축/6 DOF(자유도) 워크피스 조작 및 위치결정 어셈블리(410)는 에어 로크 어셈블리의 챔버와 진공 유닛(200)의 진공 챔버 어셈블리(210) 간에 워크피스 홀더 어셈블리(420)를 이송하는 데에 사용된다.
또한, 이러한 실시예에서, 연결 밸브는 에어 로크 어셈블리의 챔버의 공간의 체적 또는 영역을 진공 챔버 어셈블리(210)의 공간의 체적 또는 영역 뿐 아니라, 진공 챔버 어셈블리(210)의 공간의 체적 또는 영역으로부터 에어 로크 어셈블리의 챔버의 공간의 체적 또는 영역을 분리하는 기능을 한다. 일반적으로, 연결 밸브는 제 2 챔버의 공간의 체적 또는 영역으로부터 제 1 챔버의 공간의 체적 또는 영역을 분리할 뿐 아니라, 제 2 챔버의 공간의 체적 또는 영역에 제 1 챔버의 공간의 체적 또는 영역을 수동, 반자동, 또는 완전 자동으로 결합할 수 있게 기능하고 구성되는 임의의 타입의 밸브이다. 바람직하게는, 연결 밸브는 에어 로크 어셈블리 및 진공 챔버 어셈블리(210)의 챔버의 공간의 체적 또는 영역의 결합 또는 분리시 완전 자동 동작을 가능하게 하도록 기능하고 구성된다. 이러한 자동 연결 밸브는 공기압 또는 전기적인 타입의 밸브이다. 대안적으로, 연결 밸브는 에러 로크 어셈블리 및 진공 챔버 어셈블리(210)의 챔버의 공간의 체적 또는 영역의 결합 또는 분리시 수작업을 할 수 있게 구성되고 기능한다.
샘플 조작 및 위치결정 유닛(400)을 포함하지 않는 시스템(70)의 바람직한 실시예에서, 에어 로크 형태의 워크피스 삽입/제거 어셈블리(220)는 바람직하게는 워크피스 홀더 수용기를 더 포함한다.
진공 게이지 어셈블리는 워크피스 조작 및 위치결정 유닛(400)에 의해, 워크피스 홀더 어셈블리(420)에 작업의 로딩하거나 또는 워크피스 홀더 어셈블리(420)로부터 워크피스의 언로딩을 행하기 전에, 또는 행하는 동안, 또는 행한 후의 임의의 시간에, 진공 챔버 어셈블리(210) 내에 존재하는 진공 상태, 및 에어 로크 어셈블리의 챔버 내에 존재하는 진공 상태를 연속적으로 게이지 또는 모니터하는 기능을 한다. 진공 게이지 어셈블리는 주요 컴포넌트들로서, 진공 챔버 어셈블리(210)에 동작가능하게 연결된 적어도 하나의 진공 게이지 및 에어 로크 어셈블리의 챔버에 동작가능하게 연결된 적어도 하나의 진공 게이지를 포함한다.
진공 유닛(200)에서, 프리-펌프 어셈블리 및 고진공 펌프 어셈블리는 진공 챔버 어셈블리(210)를 약 10-3Torr 및 약 10-6Torr 아래로 각각 펌핑하기 위한 것이다. 진공 유닛(200)은, 진공 챔버 어셈블리(210)에서, 그리고 시스템(70)의 선택적 부가 유닛들에, 예를 들어 약 10-10Torr 만큼 낮은 압력을 갖는 진공 환경으로, 초고진공 상태를 제공하고 유지하기 위한 어셈블리들 및 관련된 장비를 선택적으로 포함한다.
진공 분배 어셈블리는 진공 유닛(200)의 진공 챔버 어셈블리(210)에 동작가능하게 연결된 시스템(70)의 서로 다른 유닛들에 서로 다른 소정 레벨들의 진공을 분배하고 유지하며, 정압(positive pressure)의 시스템(70)의 서로 다른 유닛들을 퍼지(purge)하기 위한 것이다. 예를 들어, 워크피스 조작 및 위치결정 유닛(400)에 의해, 워크피스 홀더 어셈블리(420)에 작업의 로딩, 또는 워크피스 홀더 어셈블리(420)로부터 워크피스의 언로딩 전에, 또는 중에, 또는 이후의 임의의 시간에, 진공 유닛(200)의 에어 로크 어셈블리를 퍼지한다.
도 11, 도 12, 도 13, 도 14를 참조하여, 시스템(70)은 선택적으로 그리고 바람직하게는, 워크피스를 이미징하고, 워크피스의 이온빔 밀링의 정도를 결정하고 제어하기 위한 워크피스 이미징 및 밀링 검출 유닛(300)을 포함한다. 바람직하게는, 워크피스 이미징 및 밀링 검출 유닛(300)은 진공 유닛(200)의 진공 챔버 어셈블리(210)에 동작가능하게 연결된다.
도 14는 도 12 및 13에 도시된 시스템(70)의 일부로서, 이온빔 유닛(100), 워크피스 조작 및 위치결정 유닛(400), 컴포넌트 이미징 유닛(600)과 관련하여, 워크피스 이미징 및 밀링 검출 유닛 및 그 주요 컴포넌트들의 예시적인 특정의 바람직한 실시예의 투시도를 나타내는 (아이소메트릭) 개략도를 나타내는바, 이러한 모든 구성 요소들은 워크피스와 관련된다.
도 14를 참조하여, 워크피스 이미징 및 밀링 검출 유닛(300)은 주요 컴포넌트들로서, 스캐닝 전자 마이크로스코프(SEM) 컬럼 어셈블리(310), 2차 전자 검출기 어셈블리(320), 후방 산란 전자 검출기 어셈블리(back-scattered electron detector assembly)(330) 및 전송 전자 검출기 어셈블리(340)를 포함한다. 워크피스 이미징 및 밀링 검출 유닛(300) 및 그의 선택된 주요 컴포넌트들은 본원에 도시된 다양한 시스템 유닛들 및 그 어셈블리들과의 동작에 관련하여, 도 2, 3, 4, 8, 9, 16 및 17에 나타내었다.
SEM 컬럼 어셈블리(310)는 워크피스의 표면을 따라 스캐닝하는, 302(도 2, 3, 4, 8, 9, 17a 및 17b)로서, 그리고 PE(도 16, 도 17a, 도 17b에서)로 참조되는 1차 전자의 전자빔 프로브를 생성하기 위한 것이다.
선택적으로 그리고 바람직하게는, 워크피스 이미징 및 밀링 검출 유닛(300)이 포함되는 시스템(70)에서, 2차 전자 검출기 어셈블리(320) 또는/그리고 후방 산란 전자 검출기 어셈블리(330)와 함께 포함된 SEM 컬럼 어셈블리(310)는 워크피스의 표면을 물리적으로 분석하는 기능을 할 수 있다. 대안적으로, 또는 부가적으로, SEM 컬럼 어셈블리(310)는 워크피스의 벌크 물질을 물리적으로 분석하기 위해, 전자들이 통과할 수 있는 워크피스에 대해, 워크피스 이미징 및 밀링 검출 유닛(300)의 전송 전자 검출기 어셈블리(340)를 이용함으로써 STEM 모드에서 동작할 수 있다.
2차 전자 검출기 어셈블리(320)는 1차 전자(302)(도 2, 3, 4, 8, 9, 17a 및 17b)와 PE(도 16, 도 17a, 도 17b)와, 워크피스 표면 간의 상호작용의 결과로서, 워크피스 표면으로부터 방출되는, 318(도 3 및 8) 및 SE(도 16)로서 참조되는 2차 전자들을 검출하기 위한 것이다. 워크피스의 표면의 이미지들을 얻기 위해, 검출된 2차 전자(318)의 신호가 처리된다. 바람직하게는, 2차 전자 검출기 어셈블리(320)는 본 발명을 실시하는 동안 연속적으로 동작한다.
후방 산란 전자 검출기 어셈블리(330)는 워크피스의 서브-표면 및/또는 표면층들로부터 후방 산란되는 1차 전자(302)(도 2, 3, 4, 8, 9, 17a 및 17b) 및 PE(도 16, 도 17a, 도 17b)를 검출하기 위한 것이다. 워크피스의 이미지들을 얻기 위해, 검출된 후방 산란되는 1차 전자(308)(도 3 및 8)의 신호가 처리된다. 바람직하게는, 후방 산란 전자 검출 어셈블리(330)는 본 발명을 실시하는 동안 연속적으로 동작한다.
전송 전자 검출기 어셈블리(340)는 워크피스를 통해 전송되는 1차 전자(302)(도 2, 3, 4, 8, 9, 17a 및 17b) 및 PE(도 16, 17a 및 17b)를 검출하기 위한 것이다. 바람직하게는, 전송 전자 검출기 어셈블리(340)는 본 발명을 실시하는 동안 연속적으로 동작한다.
간결함을 위해, 도 2에서, 본원에서 집합적으로 304라 칭하는 2차 전자 및 후방 산란되는 전자들은 일반적으로 워크피스 이미징 및 밀링 검출 유닛(300)에 의해 검출되는 것으로 도시되었다.
도 11, 도 12, 도 13, 도 15를 참조하면, 시스템(70)은 선택적으로 그리고 바람직하게는, 워크피스를 조작하기 위한 워크피스 조작 및 위치결정 유닛(400)을 포함한다. 워크피스 조작 및 위치결정 유닛(400)은 진공 유닛(200)의 진공 챔버 어셈블리(210)에 동작가능하게 결합된다.
도 15는 도 11, 12 및 13에 도시된 시스템(70)의 일부로서, 워크피스 조작 및 위치결정 유닛(400), 및 그 주요 컴포넌트들의 예시적인 특정의 바람직한 실시예의 투시도를 나타내는 (아이소메트릭) 개략도로서, 특히 (a) 워크피스가 없는 그리고 (b) 워크피스가 있는 워크피스 홀더 어셈블리(420)를 클로즈업하여 나타낸다. 도 15에 도시한 바와 같이, 워크피스 조작 및 위치결정 유닛(400)은 주요 컴포넌트들로서, 5축/6DOF(자유도) 워크피스 조작 어셈블리(410), 워크피스 홀더 어셈블리(420) 및 캘리브레이트 어셈블리(calibrating assembly)(430)를 포함한다.
5-축/6DOF(자유도) 워크피스 조작 어셈블리(410)는 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20)에 대해, 그리고 진공 유닛(200)의 진공 챔버 어셈블리(210)에 대해, 워크피스를 조작하고 위치결정을 행하기 위한 것이다.
워크피스 홀더 어셈블리(420)는 진공 유닛(200)에서, 진공 챔버 어셈블리(210)에 워크피스의 삽입을 용이하게 하고, 진공 챔버 어셈블리(210)로부터 워크피스의 제거를 용이하게 하기 위한 것이다. 부가적으로, 워크피스 홀더 어셈블리(420)는 워크피스에 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시켜 밀링하는 동안 워크피스를 유지하기는 기능을 한다.
캘리브레이트 어셈블리(430)는 이온빔 유닛(100)의 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20)에 대해, 그리고 워크피스 이미징 및 밀링 검출 유닛(300)의 SEM 컬럼 어셈블리(310)에 의해 전송된 1차 전자 빔에 대해, 워크피스를 캘리브레이트할 수 있도록 하기 위한 것이다.
워크피스 조작 및 위치결정 유닛(400)을 포함하는 시스템(70)의 바람직한 실시예에서, 예를 들어 워크피스 조작 및 위치결정 유닛(400)의 5축/6DOF(자유도) 워크피스 조작 및 위치결정 어셈블리(410)는 에어 로크 어셈블리의 챔버와 진공 유닛(200)의 진공 챔버 어셈블리(210) 간에 워크피스 홀더 어셈블리(420)를 이송하는 데에 이용된다.
도 11, 도 12, 도 13을 참조하면, 시스템(70)은 선택적으로 그리고 바람직하게는, 시스템(70)이 동작하는 동안 진동 발생을 방지 또는 최소화하기 위한 진동 방지 유닛(500)을 포함한다. 진동 방지 유닛(500) 및 그 컴포넌트들은 시스템 지지 어셈블리(900)에 직접 실장되고 이에 동작가능하게 연결된다. 진동 방지 유닛(500)은 복수의 전자-공기작용형 또는/그리고 전자-기계식 활성 댐핑 어셈블리들, 예를 들어, 도 13에서 500으로 표시한 4개의 전자-공기작용형 활성 댐핑 어셈블리들의 주요 컴포넌트들을 포함한다. 바람직하게는, 전자장치 및 공정 제어 유틸리티들(800)은 진동 방지 유닛(500)에 전자장치를 제공하여 그 공정 제어를 가능하게 할 수 있도록, 진동 방지 유닛(500)에 동작가능하게 연결된다.
도 11, 도 12, 도 13, 도 14를 참조하면, 시스템(70)은 선택적으로 그리고 바람직하게는, 워크피스를 이미징하기 위한 컴포넌트 이미징 유닛(600) 및 선택된 옵션으로서의 바람직한 부가 유닛들의 컴포넌트들로서, 특히 워크피스 이미징 및 밀링 검출 유닛(300), 워크피스 조작 및 위치결정 유닛(400) 및 적어도 하나의 워크피스 분석 유닛(700)을 포함한다. 컴포넌트 이미징 유닛(600)은, 특히 도 14에 도시한 바와 같이, 이온빔 지향 및 복수-편향 어셈블리(120)에서 나가서 워크피스의 표면을 향해 지향되고, 그 위에 입사하여 충돌하고, 밀링을 행하는 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20)을 이미징하는 데에도 이용된다.
컴포넌트 이미징 유닛(600)은 진공 챔버 어셈블리(210)에 동작가능하게 연결된다. 컴포넌트 이미징 유닛(600)은 주요 컴포넌트로서 도 12, 도 13, 도 14에 600으로 나타낸 비디오 카메라를 구비한다. 바람직하게는, 전자장치 및 공정 제어 유틸리티들(800)은 컴포넌트 이미징 유닛(600)에 전자장치를 제공하고 그 공정 제어를 할 수 있도록, 컴포넌트 이미징 유닛(600)에 동작가능하게 연결된다.
도 11을 참조하면, 시스템(70)은 선택적으로 그리고 바람직하게는, 워크피스를 분석하기 위한 적어도 하나의 워크피스 분석 유닛(700)을 포함한다. 일반적으로, 이온빔 유닛(100), 진공 유닛(200) 및 적어도 하나의 워크피스 분석 유닛(700)을 포함하는 시스템(70)은, 특히 상기에서 언급한 예시적인 분야들에서 널리 사용되는 반도체 웨이퍼 또는 칩으로부터 얻어지는 것들과 같은 샘플들 또는 물질들 형태의 다양한 서로 다른 타입들의 워크피스들을 분석하도록 구현될 수 있다.
통상적으로, 각 워크피스 분석 유닛(700)은 진공 유닛(200)의 진공 챔버 어셈블리(210)에 적어도 부분적으로 동작가능하게 결합된다. 바람직하게는, 전자장치 및 공정 제어 유틸리티들(800)이 각 워크피스 분석 유닛(700)에 전자장치를 제공하여 공정 제어를 할 수 있도록 각 워크피스 분석 유닛(700)에 동작가능하게 결합된다.
워크피스 분석 유닛(700)은, 예를 들어 워크피스의 표면에 입사하여 충돌하는(반드시 밀링할 필요없이) 이온빔 유닛(100)의 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20)을 사용하는 SIMS(2차 이온 매스 스펙트로미터)이다. 시스템(70)의 이러한 특정의 실시예에서, 진공 유닛(200)은 바람직하게는 SIMS의 컴포넌트들을 포함하는 진공 챔버 어셈블리(210)에 약 10-10Torr만큼 낮은 압력을 갖는 진공 환경의 초고진공 상태를 제공하여 유지하기 위한 어셈블리들 및 관련 장비를 포함한다. 대안적으로, 워크피스 분석 유닛(700)은 워크피스 이미징 및 밀링 검출 유닛(300)의 SEM 컬럼 어셈블리(310)에 의해 생성되는 1차 전자 PE 빔을 사용하는 EDS(에너지 분산 스펙트로미터)이다.
선택적으로, 그리고 바람직하게는, 워크피스 이미징 및 밀링 검출 유닛(300)이 포함된 시스템(70)에서, 그 내에 포함된 SEM 컬럼 어셈블리(310)는 워크피스의 표면을 물리적으로 분석하는 기능을 할 수 있다. 대안적으로, 또는 부가적으로, SEM 컬럼 어셈블리(310)는 워크피스의 벌크 물질을 물리적으로 분석하기 위해, 전자들이 전송되는 워크피스에 대해, 워크피스 이미징 및 밀링 검출 유닛(300)의 전송 전자 검출기 어셈블리(340)를 이용함으로써 STEM 모드에서 동작할 수 있다.
시스템(70)에서, 이온빔 유닛(100) 및 진공 유닛(200)에 전자장치를 제공하여 그 공정 제어를 할 수 있게 하는 것 외에도, 전자장치 및 공정 제어 유틸리티들(800)은 선택적인 부가적인 동작가능하게 결합된 시스템 유닛들에 전자장치를 제공하여 공정 제어를 하기 위한 것이다.
이온빔 유닛(100) 및 진공 유닛(200)에 동작가능하게 접속되는 것 외에도, 전자장치 및 공정 제어 유틸리티들(800)은 각각의 선택적인 부가 유닛, 즉 시스템(70)의 워크피스 이미징 및 밀링 검출 유닛(300), 워크피스 조작 및 위치결정 유닛(400), 진동 방지 유닛(500), 컴포넌트 이미징 유닛(600) 또는/그리고 적어도 하나의 워크피스 분석 유닛(700)에 동작가능하게 결합된다.
전자장치 및 공정 제어 유틸리티들(800)은 다수의 다음의 주요 컴포넌트들: 예를 들어 입력/출력(I/O) 및 D/A(디지털 아날로그) 및 A/D(아날로그 디지털) 기능 케이블들, 와이어들, 접속기들, 차폐, 접지, 각종 전자장치 인터페이스들, 네트워크 접속기들을 포함하고, 관련된 컴퓨터 소프트웨어, 전원들, 파워 변환기들, 제어기들, 제어기 보드들, 각종 인쇄 회로 기판(PCB)과 함께, 중앙 제어 패널 또는 보드, 적어도 하나의 컴퓨터, 마이크로프로세서 또는 중앙처리장치(CPU)를 구비한다.
도 4 및 도 9를 참조하면, 전자장치 및 공정 제어 유틸리티들(800)은 이온빔 유닛(100)의 여러 전원들, 일반적으로, 그리고 특히, 이온빔 소스 어셈블리(110) 및 이온빔 지향 및 다수회 편향 어셈블리(120)의 전원들에 동작가능하게 접속되고 일체화된다.
본 발명의 다른 주요 양상은, 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키기 위한 시스템의 하위 결합을 제공하는 것으로서, 이에 의해, 제공되는 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키기 위한 시스템을 제공하는바, 이 시스템은 하기의 주요 컴포넌트들 및 그 기능들: 이온빔 유닛 및 진공 유닛을 포함하고, 상기 이온빔 유닛은 지향되고 다수회 편향된 이온빔을 형성하기 위해, 상기 제공된 이온빔을 지향시키고 적어도 2번 편향시키는 이온빔 지향 및 다수회 편향 어셈블리를 포함하고, 상기 이온빔 지향 및 다수회 편향 어셈블리는, 지향되는 1번 편향된 이온빔을 형성하기 위해, 상기 제공된 이온빔을 편향시켜 지향시키는 제 1 이온빔 편향 어셈블리와, 그리고 상기 다수회 편향된 이온빔의 하나의 타입인 지향되는 2번 편향된 이온빔을 형성하기 위해, 상기 지향되는 1번 편향된 이온빔을 편향시켜 지향시키는 제 2 이온빔 편향 어셈블리를 포함하며, 그리고 상기 진공 유닛은 상기 이온빔 유닛에 동작가능하게 결합되어, 상기 이온빔 유닛에 대한 진공 환경을 제공하고 유지한다.
따라서, 도 2 내지 14를 참조하여, 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키기 위한 시스템은 하기의 주요 컴포넌트들 및 그 기능들: 상기에서 예시적으로 설명한 이온빔 유닛(100) 및 진공 유닛(200)을 포함하고, 상기 이온빔 유닛(100)은 지향되고 다수회 편향된 이온빔(20)을 형성하기 위해, 상기 제공된 이온빔(10)을 지향시키고 적어도 2번 편향시키는 이온빔 지향 및 다수회 편향 어셈블리(120)를 포함하고, 상기 이온빔 지향 및 다수회 편향 어셈블리(120)는, 지향되는 1번 편향된 이온빔(16)을 형성하기 위해, 상기 제공된 이온빔(10)을 편향시켜 지향시키는 제 1 이온빔 편향 어셈블리(122)와, 그리고 상기 다수회 편향된 이온빔의 하나의 타입인 지향되는 2번 편향된 이온빔(20)을 형성하기 위해, 상기 지향되는 1번 편향된 이온빔(16)을 편향시켜 지향시키는 제 2 이온빔 편향 어셈블리(124)를 포함하며, 그리고 상기 진공 유닛(200)은 상기 이온빔 유닛(100)에 동작가능하게 결합되어, 상기 이온빔 유닛(100)에 대한 진공 환경을 제공하고 유지한다.
본 발명의 다른 주요 양상은 워크피스의 이온빔 밀링의 정도를 결정 및 제어하기 위한 방법을 제공하는 것으로서, 이 방법은 하기의 주요 단계들, 컴포넌트들 및 그 기능들: 상기 워크피스의 두께, 상기 워크피스 내의 타겟의 깊이 및 상기 워크피스의 적어도 1개의 표면의 토포그라피로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 상기 워크피스의 적어도 1개의 파라미터의 사전결정된 값들의 세트를 제공하는 단계와; 다음의 주요 단계들, 컴포넌트들 및 기능들: 이온빔을 제공하는 단계와; 그리고 지향되고 다수회 편향된 이온빔을 제공하기 위해, 상기 제공된 이온빔을 지향시키고 적어도 2번 편향시키는 단계를 포함하는, 상기 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키는 방법을 이용하여, 상기 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키는 것을 수행하는 단계와, 여기서 상기 지향되고 다수회 편향된 이온빔은 상기 워크피스의 표면쪽으로 지향되고, 그 위에 입사되고 충돌하여 밀링하며; 상기 적어도 1개의 파라미터의 측정값들의 세트를 형성하기 위해, 상기 워크피스의 상기 적어도 1개의 파라미터를 인사이츄로 실시간 측정하는 단계와; 상기 측정된 값들의 세트와 상기 제공된 사전결정된 값들의 세트를 비교하여, 이러한 비교와 관련된 차이값들의 세트를 형성하는 단계와; 그리고 상기 차이값들이 사전결정된 범위 내에 있을 때 까지, 상기 워크피스를 밀링하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키는 것을 계속해서 수행하기 위해, 상기 차이값들의 세트를 피드백하는 단계를 포함한다.
워크피스의 이온빔 밀링의 정도를 결정하고 제어하는 이러한 방법에 있어서, 상기 워크피스의 상기 적어도 1개의 표면의 선택비의 정도는 상기 워크피스의 사전 결정된 파라미터들중 하나인 토포그라피에 대응한다.
워크피스의 이온빔 밀링의 정도를 결정하고 제어하는 방법은 워크피스의 두께, 워크피스 내의 타겟(90)의 깊이 및 워크피스의 적어도 하나의 표면의 토포그라피의 3개의 파라미터들의 폐루프 피드백 제어를 따른다. 두께를 결정하는(측정하는) 방법들이 공지되어 있으나, 본 발명의 방법은 이들 파라미터들을 인사이츄로 실시간 제어를 수행하고, 이를 자동으로 행하는 능력을 제공함으로써, 워크피스의 이온빔 밀링이 타겟(90)이 소정의 깊이에 위치될 때 소정의 두께에서 종료되고, 경계를 이루는 표면들(맨위 및 바닥)이 선택비의 정도를 포함하여, 선택비가 있는 또는 없는 상태로, 제어된 토폴로지를 갖고, 그리고 이러한 표면들이 세로축(40)을 기준으로 (바람직하게는) 이에 평행하게 또는 이 축을 기준으로 소정의 오프셋 각이 없도록 제어된다.
이러한 제어는 SE, BSE 및 TE 검출기들의 단독의 사용 또는 결합 사용을 포함하여, 지향되고 다수회 편향된 이온빔으로 정적인 워크피스를 밀링하고, 인사이츄로 실시간 /STEM 이미징(최상의 해상도를 가짐)하는 방법에 의해 가능해진다. 예시적인 다른 특정의 바람직한 실시예에서, 이러한 제어는 워크피스의 윗면 또는 바닥면이 SEM의 전자빔에 의해 이미징될 수 있도록, 워크피스 조작 및 위치결정 유닛(400)으로 하여금 워크피스를 세로축(40)에 대해 180o 회전시키게 하여 워크피스의 위치를 변경하게 함으로써 가능해진다. 워크피스 내의 타겟(90)의 깊이를 제어하는 방법은, 워크피스 조작 및 위치결정 유닛(400)에 의해 워크피스를 기울이고, 타겟(90)의 기울이지 않은 이미지(92)와 비교하여, 워크피스 이미징 및 밀링 검출 유닛(300)의 전송 전자 검출기 어셈블리(340)에 의해 이미징되는 타겟(90)의 대응 시프트(ΔL)를 기록하는 것이다. 워크피스 내의 타겟(90)의 깊이는, 도 16, 17a 및 17b에 도시한 바와 같이, 본원에서 β라 칭하는 경사각 및 타겟(90)의 이미지(2)의 시프트 정도로부터 계산된다.
도 16은 워크피스의 이온빔 밀링의 정도를 결정 및 제어하기 위해, 도 14에 도시된 워크피스와 관련하여 도 11, 12 및 13에 도시된 시스템(70)의 일부로서, 이온빔 유닛(100), 워크피스 조작 및 위치결정 유닛(400)과 함께, 워크피스 이미징 및 밀링 검출 유닛(300), 및 그 주요 컴포넌트들의 예시적인 특정의 바람직한 실시예를 이용하는 결합된 단면도(윗쪽 a) 및 평면도(아랫쪽 b)를 나타내는 개략도이다. 도 16에서, 80은 전송 전자 검출기 어셈블리(340)의 검출기 세그먼트들, 즉 342, 344, 346의 투영을 나타내며, 각 검출기 세그먼트는 독립적인 검출기로서 동작하고, 각각은 시스템(70)의 전자장치 및 공정 제어 유틸리티들(800)의 일부인 개별적인 전자공학 회로에 동작가능하게 결합된다. 전송 전자 검출기 어셈블리(340)의 검출기 세그먼트들, 즉 342, 344, 346로부터의 신호들은 특히 밝은 필드 및 어두운 필드 STEM 이미지들에 관계된 것으로서, 임의의 원하는 결합에 따라, 측정 또는 이미징하는 데에 사용될 수 있다.
도 17a 및 17b는 도 14 및 16에 도시된 워크피스 이미징 및 밀링 검출 유닛에 포함되는 전송 전자 검출기 어셈블리를 이용하여, 워크피스의 이온빔 밀링의 정도를 결정 및 제어하는 것의 일부로서, 밀링되는 워크피스 내의 타겟(90)의 깊이를 결정하는 단면도를 나타내는 개략도이다.
전술한 신규성 및 발명성의 양상들, 장점이 있는 양상들, 특성들, 또는 특징들에 기초하여, 본 발명은 현재 알려져있는 이온빔 밀링의 기술의 한계를 극복하고 그 범위를 넓힌다.
명확성을 위해, 개별적 실시예들의 맥락에서 기술된 본 발명의 어떤 양상들 및 특성들은 단일 실시예에 조합하여 제공될 수도 있음을 알 것이다. 반대로, 명확성을 위해 단일 실시예의 맥락에서 기술된 본 발명의 여러 양상들 및 특성들은 개별적으로 또는 어떤 적합한 서브 결합으로 제공될 수도 있다.
본 명세서에서 언급된 모든 공보들, 특허들 및 특허 출원들은, 각각의 개별적인 공보, 특허 또는 특허 출원이 본원의 참조로서 본원에 통합되도록 구체적으로 그리고 개별적으로 나타낸 것 처럼, 본원의 명세서에 그 전체가 참조로서 통합된다. 또한, 본원에서 임의의 참조 문헌을 인용하거나 확인하는 것이, 이러한 참조 문헌이 본 발명의 종래 기술로서 이용가능하다는 승인으로서 해석되서는 안된다.
본 발명은 그 구체적인 실시예들 및 관련 예들과 관련하여 설명되었지만, 많은 대안들, 수정들 및 변형들이 당업자들에게 명백할 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구항들의 범주 내에 있는 이러한 모든 이러한 대안들, 수정들, 및 변형들을 포괄한다.

Claims (5)

  1. 워크피스의 이온빔 밀링의 정도를 결정 및 제어하기 위한 방법에 있어서,
    상기 워크피스의 두께, 상기 워크피스 내의 타겟의 깊이, 및 상기 워크피스의 적어도 1개의 표면의 토포그라피로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 상기 워크피스의 적어도 1개의 파라미터의 한 세트의 소정의 값들을 제공하는 단계,
    메인(main) 단계들과 구성 성분들 및 기능들을 포함하는 방법을 사용하여 상기 워크피스의 이온빔 밀링을 수행하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키는 단계,
    이온빔을 제공하는 단계, 및 상기 제공된 이온빔을 제 1 이온빔 편향 어셈블리에 의해 편향하여 지향시킴으로써 지향되고 1번 편향된 이온빔을 형성하고, 상기 지향되고 1번 편향된 이온빔을 제 2 이온빔 편향 어셈블리에 의해 편향하여 지향시킴으로써 지향되고 다수회 편향된 이온빔의 하나의 타입인 지향되고 2번 편향된 이온빔을 형성함으로써, 상기 제공된 이온빔을 지향시켜 적어도 2번 편향시켜, 지향되고 다수회 편향된 이온빔을 형성하는 단계로서, 상기 지향되고 다수회 편향된 이온빔은 상기 워크피스의 표면쪽으로 지향되어 이에 입사하여 충돌하여, 상기 표면을 밀링하는 단계를 사용하여, 상기 워크피스의 이온빔 밀링을 수행하기 위해 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키는 단계;
    상기 적어도 1개의 파라미터의 한 세트의 측정값들을 형성하기 위해, 상기 워크피스의 상기 적어도 1개의 파라미터를 인사이츄(in-situ)로 실시간 측정하는 단계로서, 상기 적어도 한 파라미터의 인사이츄 실시간 측정 단계는 상기 워크피스의 실시간 인사이츄 SEM 또는 STEM 이미징 또는 측정을 행하는 것을 포함하는, 단계;
    상기 제공된 한 세트의 상기 측정된 값들에 상기 한 세트의 측정된 값들을 비교하여, 상기 비교와 관련된 한 세트의 차이값(value difference)들을 형성하는 단계; 및
    상기 차이값들이 소정의 범위 내에 있을 때까지, 상기 워크피스의 이온빔 밀링을 위하여 상기 이온빔을 지향시키고 다수회 편향하는 것을 계속하기 위해 상기 한 세트의 차이값들을 피드백하는 단계를 포함하는 방법에 있어서,
    상기 이온빔 밀링을 수행하기 위해 상기 이온빔을 지향시키고 다수회 편향시키기 위하여, 상기 제 2 이온빔 편향 어셈블리는, 상기 지향되고 1번 편향된 이온빔을 편향시켜 지향시키기 위해, 내부 및 외부에 대칭적으로 그리고 동심으로 위치되고 서로 이격된, 구형 또는 타원형 형상의 정전기판들 또는 전극들을 포함하고,
    회전으로 지향되고 다수회 편향된 이온빔을 형성하기 위한 단계를 포함하고, 상기 회전으로 지향되고 다수회 편향된 이온빔은 상기 워크피스의 표면에 관하여 회전되면서 상기 워크피스의 표면 쪽으로 지향되어 이에 입사하여 충돌하여, 상기 표면을 밀링하는 것을 특징으로 하는, 워크피스의 이온빔 밀링의 정도를 결정 및 제어하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 워크피스의 상기 파라미터는 상기 워크피스의 두께이고, 상기 실시간 측정은 전송 전자 검출기(transmitted electron detector)의 이용을 포함하는, 워크피스의 이온빔 밀링의 정도를 결정 및 제어하기 위한 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 피드백 단계는 폐쇄 루프 피드백 제어에 따라 수행되는, 워크피스의 이온빔 밀링의 정도를 결정 및 제어하기 위한 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 표면은 제어된 토포그라피를 갖는, 워크피스의 이온빔 밀링의 정도를 결정 및 제어하기 위한 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 이온빔 밀링의 타입은 포커싱된 이온빔(FIB) 밀링이고, 이에 따라 상기 지향되고 다수회 편향된 이온빔은, 지향되고 다수회 편향된 포커싱된 이온빔인, 워크피스의 이온빔 밀링의 정도를 결정 및 제어하기 위한 방법.
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